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Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Gegenstände, erhältlich durch ein kontaktfreies
Beschichtungsverfahren zur Herstellung einer kontinuierlichen Beschichtung
auf einem im wesentlichen nicht porösen Substrat. Diese Erfindung
betrifft insbesondere Gegenstände,
erhältlich
durch Aufbringen eines thermoplastischen Klebstoffmaterials oder
Schmelzklebstoffmaterials auf ein wärmeempfindliches Material oder
Kunststoffmaterial. Die in dem Beschichtungsverfahren verwendeten
Zusammensetzungen weisen bestimmte rheologische Eigenschaften auf.
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Herkömmliche
Schlitzdüsenbeschichtungen
werden typischerweise durch permanentes In-Kontakt-halten der Schlitzdüse mit dem
Substrat durchgeführt,
so dass die Düse
beim Beschichten auf dem Substrat liegt. Es ist unproblematisch,
Schmelzklebstoffe mit Schlitzdüsen-
oder Sprühbeschichtungsverfahren
auf Substrate aufzubringen, vorausgesetzt, dass nur eine diskontinuierliche
Beschichtung erforderlich ist, wie für konstruktive Anwendungen,
in denen das Beschichtungsgewicht des Schmelzklebers im Bereich
von etwa 3 g bis etwa 10 g/m2 liegt. Wenn
jedoch eine kontinuierliche Schicht erzeugt werden soll kann dies
nur mit diesen üblichen
Beschichtungsverfahren erreicht werden, falls das Beschichtungsgewicht
des Schmelzklebers größer als
etwa 30 g/m2 ist.
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Solche
hohen Beschichtungsgewichte sind teuer. Ferner werden die beschichteten
Substrate beim direkten Kontakt mit einer Schlitzdüse erheblich
mechanisch und thermisch belastet, insbesondere da die Schlitzdüse beim
Beschichten beheizt wird. Deshalb können sehr empfindliche Substrate,
insbesondere wärmeempfindliche
Substrate, nicht immer auf herkömmliche
Weise mit einem Schmelzklebstoff aus einer Schlitzdüse beschichtet
werden, ohne das Substrat zu beschädigen. Solche Probleme können nicht überwunden werden,
wenn das Beschichten mit beheizten Auftragswalzen oder durch Sprühbeschichten
mit beheizten Luftströmen
durchgeführt
wird. Die hohen Beschichtungsgewichte dieses Standes der Technik
führen
zu erhöhter Steifigkeit
des beschichteten Substrats. Ähnliche
Probleme ergeben sich bei der Herstellung von Hygieneartikeln und
in anderen Gebieten, wie etwa der Gewebeproduktion, wenn die hergestellten
Materialien Flüssigkeitsundurchlässigkeit
aufweisen sollen. Gegenwärtig
werden in solchen technischen Gebieten Herstellungsmethoden bevorzugt,
in denen abgeschlossene laminierte Folien verwendet werden.
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Daher
verbleibt ein Bedarf für
ein kontaktfreies Verfahren, das kontinuierliche Beschichtungen
mit niedrigen Beschichtungsgewichten erzeugen kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Anmelder haben ein Beschichtungsverfahren gefunden, das die oben
genannten Probleme überwindet.
Das Beschichtungsverfahren verwendet eine kontaktfreie Auftragung,
wobei eine thermoplastische Zusammensetzung thermisch fließfähig gemacht
wird und aus einer Beschichtungsvorrichtung auf ein nicht poröses Substrat
abgegeben wird. Thermoplastische Zusammensetzung wird daher ohne
Kontakt zwischen der Beschichtungsvorrichtung und dem Substrat auf
das Substrat aufgebracht. Vorzugsweise wird der Gegenstand durch
Aufbringen einer thermoplastischen Zusammensetzung oder einer Schmelzklebstoffzusammensetzung
auf ein im wesentlichen nicht poröses Substrat erhalten, umfassend
die Schritte:
- a) Fließfähig machen einer thermoplastischen
Zusammensetzung oder eines Schmelzklebers;
- b) Befördern
des Substrats entlang eines Weges;
- c) Verteilen eines kontinuierlichen Films der thermoplastischen
Zusammensetzung oder der Schmelzklebezusammensetzung von einer Beschichtungsvorrichtung
bei einer Beschichtungstemperatur, wobei die komplexe Viskosität der thermoplastischen
Zusammensetzung weniger als etwa 500 Poise bei etwa 1.000 rad/Sek.
beträgt
und von etwa 100 Poise bis etwa 1.000 Poise bei 1 rad/Sek. reicht;
- d) Suspendieren des Films zwischen der Beschichtungsvorrichtung
und dem Substrat;
- e) Kontaktieren des Films mit dem beförderten Substrat
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In
einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung einen Gegenstand, erhältlich durch
Aufbringen einer thermoplastischen Zusammensetzung oder einer Schmelzklebezusammensetzung,
die thermisch fließfähig gemacht
wurde, aus einer Beschichtungsvorrichtung auf ein im wesentlichen
nicht poröses
Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung aus der
Beschichtungsvorrichtung bei einer Temperatur von weniger als 125°C, vorzugsweise
weniger als 120°C
und noch stärker
bevorzugt weniger als 110°C,
als eine kontinuierliche Beschichtung abgegeben wird, ohne Kontakt
zwischen der Beschichtungsvorrichtung und dem Substrat, und nachfolgend
auf der Oberfläche
des Substrats verteilt wird.
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In
noch einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung einen Gegenstand,
umfassend ein Substrat und mindestens eine Schmelzklebstoffschicht,
die an mindestens eine Fläche
des Substrats haftet, wobei der Schmelzklebstoff als ein kontinuierlicher
Film mit einem Flächengewicht
von weniger als 20 g/m2 aufgebracht ist.
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Da
das Verfahren niedrige Beschichtungsgewichte der thermoplastischen
Zusammensetzung einsetzt, werden ökonomische Nachteile der herkömmlichen
Methoden überwunden
als auch die taktile Qualität des
erhaltenen Gegenstandes verbessert. Vorzugsweise ist das Substrat
ein wärmeempfindliches
Material, was im Kontext dieser Erfindung beispielsweise ein Material
bedeutet, das aus Polyethylen niedriger Dicke oder einem Kunststoffmaterial
hergestellt ist, wie etwa beispielsweise Polyolefinen, insbesondere
Polyethylen, Polypoylen und amorphen Polyolefinen. Da die Beschichtungsvorrichtung
und das Substrat nicht im Kontakt miteinander stehen, ist die mechanische
und thermische Belastung auf das Substrat deutlich niedriger als
in Verfahren nach dem Stand der Technik.
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Auf
wärmeempfindliche
Substrate wird die thermoplastische Zusammensetzung vorzugsweise
bei Temperaturen von weniger als 125°C, vorzugsweise weniger als
120°C und
noch stärker
bevorzugt weniger als 110°C
aufgebracht, um die wärmeinduzierte
Belastung auf dem zu beschichtenden Substrat zu vermindern. Das
ist für
das Beschichten und gegenseitige Verkleben von thermisch empfindlichen
Substraten vorteilhaft. Die thermoplastische Zusammensetzung weist
bestimmte rheologische Eigenschaften auf, wie etwa dass die komplexe
Viskosität
bei hohen Schergeschwindigkeiten (1.000 rad/Sek.) weniger als 500
Poise beträgt, und
die komplexe Viskosität
bei niedrigen Schergeschwindigkeiten (1 rad/Sek.) zwischen etwa
100 und etwa 1.000 Poise liegt. Einige reine thermoplastische Kunststoffe,
wie etwa typische Polyolefine für
Folienzwecke, können
für das
Verfahren der vorliegenden Erfindung geeignet sein. Zugegebene Schmelzklebstoffe
sind jedoch bevorzugt aufgrund ihrer Fähigkeit, die viskoelastischen
Eigenschaften, wie Offenzeit, etc., unabhängig voneinander zu steuern.
Zugegebene Schmelzklebstoffe sind auch vorteilhaft, um eine angemessene
Haftung auf dem Trägersubstrat
sicher zu stellen oder eine verzögerte
Entklebung der Beschichtung nach der Haftung auf dem Substrat zu
gewährleisten.
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Die
nach diesem Verfahren hergestellte resultierende Beschichtung ist
für eine
Vielzahl von Anwendungen verwendbar, in denen eine beständige kontinuierliche
Beschichtung gewünscht
ist. Beschichtungsgewichte von weniger als 30 g/m2 der
thermoplastischen Zusammensetzung sind bevorzugt, um den Aufwand
zu verringern und eine erhöhte
Steifigkeit des beschichteten Substrats zu verhindern. Beschichtungsgewichte
von mehr als 30 g/m2 können jedoch für andere
Anwendungen, in denen es hauptsächlich
auf die Verminderung der mechanischen und wärmeinduzierten Belastung ankommt,
nützlich
sein.
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Das
Beschichtungsverfahren ist insbesondere zur Herstellung vorteilhaft,
da es weniger Herstellungsschritte als Beschichtungsverfahren des
Standes der Technik erfordert. Die Verbesserung der Produktivität wie auch
die Verringerung der Beschichtungsgewichtsmasse pro Fläche führt zu Beschichtungen
und entsprechenden Gegenständen,
die billiger sind als die des Standes Technik.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt
das Verfahren der vorliegenden Erfindung, worin eine kontinuierliche
thermoplastische Beschichtung gebildet wird und auf ein Trägersubstrat
aufgebracht wird.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnung
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Das
Substrat 1 (1) wird über
eine Reihe von Führungswalzen
(2) geleitet, um sicherzustellen, dass die Bahn vor der
Annäherung
an die Beschichtungsvorrichtung (3) gut ausgerichtet ist.
Beim Anfahren wird die Beschichtungsvorrichtung anfänglich in
Kontakt mit dem Substrat gebracht, um die Vorderkante der Beschichtung
auf dem Substrat anzuhaften. Sobald das Substrat 1 durch die Antriebswalzen
(6) vorangetrieben wird, wird die Beschichtungsvorrichtung
vom Substrat 1 abgehoben, mit einem Abstand der in den meisten Fällen von
etwa 0,5 mm bis etwa 20 mm reicht, in Abhängigkeit von den Eigenschaften
der thermoplastischen Zusammensetzung, die gerade aufgetragen wird.
Ein Substrat 2 (4) wird gegebenenfalls mittels einer Anpresswalze
(5) auf der Beschichtungsoberfläche aufgeklebt. Substrat 2
kann jedes Substrat sein, wie etwa Folien, Deckmaterialien wie auch
jedes beliebige Material, das nicht notwendigerweise in Form einer
Bahn vorliegt.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Im
Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein aufgeschmolzener Heißschmelzklebstoff,
vorzugsweise im Wesentlichen luftfrei, aus einer Beschichtungs-
oder Abgabevorrichtung auf solche Weise abgegeben, dass er die Vorrichtung
als kontinuierlicher Film verlässt.
Ein typisches Beispiel dafür
ist eine Schlitzdüse, wie
sie bisher zur Beschichtung in direktem Kontakt mit einem Substrat
verwendet wurde. Daher können
bereits vorhandene Schmelzbeschichtungsvorrichtungen zur Verwendung
gemäß der Erfindung
umgebaut werden, indem die Schlitzdüse vom Substrat abgehoben und
so eingestellt wird, dass sie einen geeigneten Abstand vom Substrat
aufweist. Wenn der viskose, aber fließfähige geschmolzene Klebstoff
die Beschichtungsvorrichtung verlässt, berührt er das Substrat nicht sofort,
sondern läuft
eher über
einen bestimmten Abstand als kontinuierlicher Beschichtungsfilm
hängend oberhalb
des Substrats, ohne die Vorrichtung oder das Substrat zu berühren. Der
Abstand zwischen der Beschichtungsvorrichtung und dem Substrat reicht
von etwa 0,5 mm bis etwa 20 mm. Es ist möglich, dass bei geeigneten
Maschinengeschwindigkeitseinstellungen, und mit bestimmten Klebstoffen
oder anderen Beschichtungsmaterialien, der Abstand sogar größer als
20 mm sein kann. Der Abstand wird größtenteils durch die Viskosität und die
Offenzeit der aufzutragenden thermoplastischen Zusammensetzung bestimmt.
Es wird angenommen, dass die thermoplastische Zusammensetzung im hängenden
Zustand ausreichend abkühlt,
so dass sie eine Viskosität
und Kohäsionskraft
in dem Ausmaß aufbaut,
dass jegliche, auf der Substratoberfläche vorliegenden Unebenheiten
die Beschichtung nicht durchdringen können, und die thermoplastische
Zusammensetzung andererseits geschmolzen oder weich genug ist, um ausreichend
auf dem Substrat zu haften.
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Es
hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Beschichtungsfilm
nicht in vertikaler Richtung, sondern vielmehr im Wesentlichen in
horizontaler Richtung auf das Substrat gelangt. Zur Realisierung
dieses Vorteils wird man in der Bewegungsbahn des Substrates eine
Umlenkrolle anordnen, damit das Substrat an der Stelle, an der das
Substrat an der Beschichtungsvorrichtung vorbeiläuft, im Wesentlichen in vertikaler,
aufwärts
gerichteter Richtung läuft.
Außerdem
kann die Beschichtungsvorrichtung wie etwa eine Schlitzdüse im Wesentlichen
horizontal neben der Walze angeordnet sein, so dass die Beschichtung
von der Seite in Richtung auf die Oberfläche des Substrates verläuft.
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Der
Durchmesser der Beschichtungswalze liegt vorzugsweise bei etwa 15
mm bis etwa 50 mm, mit der Düse
geringfügig
oberhalb des Zentrums der Beschichtungswalze, so dass der Winkel
mit dem die thermoplastische Beschichtung das Substrat kontaktiert
weniger als etwa 60° beträgt wenn
das Substrat sich von der Walze wegbewegt. Der Beschichtungskopf
wird vom Fachmann eingestellt um einen gleichmäßigen Fluss und eine Verteilung
der thermoplastischen Beschichtung über die gesamte Breite der
Anwendung zu optimieren.
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Danach
berührt
die ausreichend abgekühlte
Beschichtung die Substratoberfläche
und haftet auf der Oberfläche.
Wenn die thermoplastische Beschichtung von solcher Zusammensetzung
ist, die nach ausreichendem Abkühlen
im Wesentlichen nicht mehr klebrig ist, kann das so hergestellte
Laminat des beschichteten Substrats aufgerollt und gelagert werden.
Das Laminat kann dann zu einem späteren Zeitpunkt verwendet werden,
z. B. als Körperflüssigkeits undurchlässige Unterlage
mit verbesserter Tastqualität
in einem Wegwerthygieneartikel. Das Laminat kann mit jeder geeigneten
Verklebungstechnik einschließlich
Ultraschallverklebung, Wärmeschweißen oder
andere übliche
Klebstoffverklebungen verklebt werden.
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Vorzugsweise
wird die Beschichtung der Sperrschicht „inline" (in Reihe) unmittelbar vor beliebigen weiteren
Verarbeitungsschritten der so hergestellten beschichteten textilen
Laminate durchgeführt.
In einem solchen Fall ist die Oberfläche der Sperrschicht die von
dem Substrat wegzeigt immer noch ausreichend klebrig und kann für einen
Konstruktionsverklebungsschritt verwendet werden, und kann daher
auch zur Verklebung des beschichteten textilen Materials mit anderen
Elementen eines Hygieneartikels dienen. Andere Elemente, die auf
diese Weise während
der Bildung der Sperrschicht simultan verklebt werden können, umfassen Folien,
wie auch verschiedene andere Materialien.
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Da
die Schmelzklebstoffbeschichtung bei extrem geringen Temperaturen
zur Verfügung
gestellt werden kann, können
auch Materialien mit Sperrschichten ausgestattet werden die mechanisch
und/oder thermisch für
herkömmliche
Beschichtungsverfahren zu empfindlich sind.
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Derartige
empfindliche Materialien umfassen dünne (low gauge) Polyethylenmaterialien
und dergleichen.
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Ein
wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass kontinuierliche, ausreichend
undurchlässige
Sperrschichten aus Schmelzklebstoffen mit sehr niedrigen Beschichtungsgewichten
hergestellt werden können.
Sogar mit üblichen
kommerziell erhältlichen
Heißschmelzklebstoffen
werden geschlossene Sperrschichten mit Beschichtungsgewichten von
nicht mehr als 30 g/m
2 erzeugt, und im Allgemeinen
ist es leicht möglich,
Beschichtungsgewichte zwischen 10 g/m
2 und
20 g/m
2, am stärksten bevorzugt weniger als
10 g/m
2, zu erreichen. Beschichtungen nach
dem Stand der Technik mit Schmelzklebstoffen nach üblichen
Verfahren zur Bildung von Kantenauslaufschutzsperren, wie im
US-Patent 4,692,161 , erfordern
Flächengewichte
von etwa 70 g/m
2, um die bevorzugte Filmdicke
von etwa 75 μm
zu erzeugen. Bei Dicken von 25 μm,
dem empfohlenen Minimum nach diesem Stand der Technik wird die Kontakt-beschichtete
Schicht durch Substratfasern perforiert und ist nicht geschlossen.
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Die
sehr dünnen
Sperrschichten, die nach dieser Erfindung hergestellt werden können, tragen
nicht nur zu den wirtschaftlichen Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens
bei, sondern machen es auch möglich,
eine stark verringerte Steifigkeit des Materials zu erreichen, welches
dadurch in seinen Eigenschaften viel näher an ein Material, das überhaupt
nicht mit einer Beschichtungsschicht versehen ist, herankommt.
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Die thermoplastische Zusammensetzung
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Wie
vorher erwähnt
können
reine thermoplastische Materialien wie etwa Polyolefine, insbesondere Polyethylen,
Polypropylen, amorphe Polyolefine wie etwa Vestoplast 703® (Hüls) und
dergleichen geeignete thermoplastische Materialien für das Beschichtungsverfahren
der vorliegenden Erfindung sein. Heißschmelzklebstoffe sind jedoch
aufgrund ihrer Fähigkeit
in unabhängiger
Weise die viskoelastischen Eigenschaften, Offenzeit, Klebrigkeit
und verschiedene andere Eigenschaften maßgenau einzustellen, bevorzugt.
Heißschmelzklebstoffe
haben üblicherweise
Schmelzfließindizes,
wie sie für
derartige Verarbeitungsschritte benötigt werden, bereits bei sehr
niedrigen Temperaturen. Typische Schmelzklebstoffe sind flüssig genug
für die
Verarbeitung bei Temperaturen im Bereich von etwa 60°C bis 110°C.
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Die
thermoplastische Zusammensetzung weist bestimmte rheologische Eigenschaften
auf, so dass eine kontinuierliche Beschichtung, bei Beschichtungsgewichten
von weniger als etwa 30 g/m2 erzeugt werden können. Im
Allgemeinen fallen die rheologischen Eigenschaften vorzugsweise
in ein rheologisches Fenster, worin die komplexe Viskosität bei hohen
Schergeschwindigkeiten (1.000 rad/Sek.) weniger als etwa 500 Poise beträgt, und
die komplexe Viskosität
bei niedrigen Schergeschwindigkeiten (< 1 rad/Sek.) zwischen etwa 100 und
etwa 1.000 Poise liegt. Mit anderen Worten, bevorzugte thermoplastische
Zusammensetzungen zeigen Newtonische Bereiche bei niedrigen Schergeschwindigkeiten
und Strukturviskosität
bei hohen Schergeschwindigkeiten. Thermoplastische Zusammensetzungen
mit breiten Anwendungsfenstern sind diejenigen in welchen die Zusammensetzung
die angemessenen rheologischen Eigenschaften bei einer Vielzahl
von Anwendungseinstellungen, insbesondere niedrigen Temperaturen
aufweist. Enge Anwendungsfenster sind diejenigen bei welchen die
rheologischen Parameter nur unter sehr spezifischen Bedingungen
erfüllt
werden. Heißschmelzklebstoffe
basierend auf amorphen Polyolefinen, wie etwa Lunatack® D-8370
(H.B. Fuller Company) neigen dazu relativ flache Viskositätskurven
bei niedrigen Schergeschwindigkeiten (weniger als etwa 10 rad/Sek.)
aufzuweisen, und haben damit entsprechend relativ breite Anwendungsfenster.
Heißschmelzklebstoffe
basierend auf Blockcopolymeren neigen dazu besonders steile Viskositätsprofile
aufzuweisen, welche sehr enge Anwendungsfenster bewirken.
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Gemessene
Daten, welche dieses rheologische Fenster stützen, sind in Tabelle I. gezeigt.
Die verwendeten Testverfahren zur Bestimmung der rheologischen Daten
sind detailliert an anderer Stelle hierin beschrieben.
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Die
Anmelder vermuten, dass die hohe Scherinformation sich auf die Verarbeitungsbedingungen
am Ausgang der Schlitzdüse
bezieht. Eine Zusammensetzung mit einer zu hohen komplexen Viskosität bei 1.000 Radian/Sek.
würde beträchtlichen
Pumpendruck erfordern, um die Beschichtungsvorrichtung verlassen
zu können.
Eine Düse
mit einem Spalt von mehr als 3 mm könnte verwendet werden, um diese
Materialien zu verarbeiten, woraus jedoch ein höheres Beschichtungsgewicht
resultieren würde.
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Die
niedrige Scherinformation ist mit dem Absetzen der Beschichtung
auf dem Substrat während
der Zeit, in der sie oberhalb des Substrats hängt, verbunden. Wenn der niedrige
Scherwert zu hoch ist, kann sich die Beschichtung nicht in angemessener
Weise am Substrat anhaften und/oder die thermoplastische Zusammensetzung
staut sich an der Düse
und bewirkt eine diskontinuierliche Beschichtung mit Streifen. Wenn
die niedrige Scherviskosität
zu niedrig ist, kann die Beschichtung in das Substrat einsickern
und bewirkt schlechte Sperreigenschaften.
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Die
nicht gemessene Dehnviskosität
kann auch einen starken Einfluss auf die Schmelzfestigkeit haben.
Höhere
Anteile von Verzweigung oder der Zusatz einer kleinen Konzentration
eines hochmolekulargewichtigen Materials kann die Schmelzfestigkeit
stark beeinflussen. Besonders bevorzugt sind Zusammensetzungen,
welche die rheologischen Zielparameter bei niedrigen Anwendungstemperaturen
von weniger als etwa 125°C,
besonders bevorzugt weniger als etwa 110°C erfüllen.
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Dementsprechend
sind viele bekannte Heißschmelzklebstoffzusammensetzungen
für die
Verwendung in dem Beschichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung
gut geeignet. Heißschmelzklebstoffe
umfassen typischerweise mindestens ein thermoplastisches Polymer,
mindestens einen Weichmacher und mindestens ein klebrigmachendes
Harz. Vorzugsweise umfassen solche geeigneten Schmelzklebstoffe
bis zu 40 Gew.-% thermoplastisches Polymer, bis zu 40 Gew.-% eines
Weichmachers und bis zu 70 Gew.-% klebrigmachendes Harz.
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Hinsichtlich
des thermoplastischen Polymers haben sich ataktische Polyalphaolefine
wie Vestoplast® 708
(Hüls)
und synthetische Kautschuke wie S-EB-S-Blockcopolymere als besonders
geeignet erwiesen, insbesondere solche die in Heißschmelzklebstoffen
wie Lunatack® D-3964
(H.B. Fuller) verwendet werden. Darüber hinaus sind jedoch auch
andere thermoplastische Polymere geeignet, etwa Ethylenvinylacetat-Copolymere
oder andere synthetische Kautschuke, wie die im Handel unter dem
Handelsnamen Kraton®, Solprene®, und
Stereon® erhältlichen.
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Weichmacher
und klebrigmachende Harze, die in Heißschmelzklebstoffen verwendet
werden, sind prinzipiell bekannt. Öle wie etwa naphthenische Öle sind
bevorzugte Weichmacher. Bei klebrigmachenden Harzen sind diejenigen
Harze im Allgemeinen geeignet, die für derartige Zwecke bereits
bekannt sind, insbesondere Kohlenwasserstoffharze, Esterharze und
andere derartige kompatible Harze. Die Bestandteile werden in bekannter
Weise vermischt und verarbeitet, um die Schmelzklebstoffe, die im
Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, herzustellen.
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Mit
geeigneten Schmelzklebstoffen wie denjenigen, die in der
DE-A-41 21 716 beschrieben
sind ist es auch möglich
Materialien herzustellen, die für
flüssiges
Wasser undurchlässig
sind, jedoch Wasserdampf-durchlässig
sind und die Beschichtung damit „atmungsaktiv" machen.
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Zusätzlich zu
den üblichen
bekannten Heißschmelzklebstoffen
sind auch thermoplastische Zusammensetzungen, umfassend einen wasserlöslichen,
Salzlösungs-(Körperflüssigkeits-)
unlöslichen
Copolyester, wie etwa Eastman AQ 1350®, kommerziell
erhältlich
von Eastman, besonders geeignet zur Erzeugung von Sperrfilmen, die
für Körperflüssigkeit
undurchlässig
sind, aber trotzdem leicht wasserlöslich sind. Dieses Merkmal
ist von besonderem Interesse für
die Herstellung von spülbaren
und kompostierbaren Wegwerfhygieneprodukten. Darüber hinaus gibt es Anwendungen
wo die Wasserpermeabilität
erwünscht
ist. Dementsprechend ist das vorliegende Beschichtungsverfahren
auch zur Beschichtung wasserpermeabler, wasserlöslicher und/oder biologisch
abbaubarer thermoplastischer Materialien geeignet.
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Die
Erfindung wird im Folgenden weiter veranschaulicht durch die folgenden
nicht beschränkenden Beispiele.
Diese betreffen Beschichtungen auf mehr oder weniger porösen Materialien
(Vliesstoffe), aber sollten so gelesen werden, dass sie die nicht
porösen
Materialien der Erfindung beispielhaft darstellen, da die Verfahren
und Beschichtungsmaterialien gleich sind, ungeachtet der Porosität des Substrats.
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Ausführungsbeispiel
1:
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Verschiedene
Schmelzklebstoffe, die sich hinsichtlich ihrer Zusammensetzung voneinander
geringfügig
unterscheiden, wurden in den folgenden Zusammensetzungsbereichen
formuliert:
20–25
% naphthenisches Öl
30–40 % ataktische(s)
Polyolefin(e)
35–45
% Kohlenwasserstoffharz
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Ausführungsbeispiel
2:
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Mehrere
Heißschmelzklebstoffe
wurden innerhalb der folgenden Bereichsgrenzen formuliert:
15–20 % SIS-Blockcopolymer
15–25 % naphthenisches Öl
50–65 % Esterharz
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Ausführungsbeispiel
3:
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Als
handelsüblicher
Heißschmelzklebstoff
wurde das Produkt „Lunatack
D 8370" eingesetzt,
das von der Firma H.B. Fuller GmbH erhältlich ist. Es handelt sich
dabei um einen Heißschmelzklebstoff
mit Gehalten von etwa 35 % Polyolefin, etwa 40 % Kohlenwasserstoffharz
mit einem Cyclopentadienanteil, zirka 15 % Polyisobutylen und etwa
10 % naphthenischen Öls.
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Testverfahren
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Die
Heißschmelzklebstoffe
gemäß den Beispielen
1 bis 3 wurden auf ein übliches
Verarbeitungsgerät gegeben,
das mit einer Schlitzdüse
ausgestattet war, wie etwa Nordson EP 51. Die Schlitzdüse war seitlich gegenüber einer
Rolle angeordnet, über
die in Aufwärtsrichtung
ein Polypropylenvliesmaterial geführt wurde. Der Abstand zwischen
der Schlitzdüse
und dem Substrat betrug 2 mm, bei einer Schlitzdüsenlänge von 70 mm. Die Bahngeschwindigkeit
des Vliesstoffes betrug 25 m/Min. Bei einem Systemdruck von etwa
53 Bar und einer Abgabetemperatur des Schmelzklebstoffs von ungefähr 100°C wurde der
Schmelzklebstoff auf das Substrat aufgetragen, wo er eine geschlossene
Sperrschicht bildete. Unmittelbar danach wurde das so beschichtete
Substrat mit einem herkömmlichen
Absorptionskörper
(Tissue) verklebt. In jedem Fall wurde eine sichere Verklebung von
Substrat und Tissue erhalten, und in jedem Fall erwies sich die
zwischen Tissue und Substrat gebildete Schmelzklebstoffsperrschicht
als völlig
Flüssigkeits-undurchlässig. Die
Verarbeitung erfolgte problemlos. Das Beschichtungsgewicht lag im
Mittel bei 21 g/m2. Bei entsprechender Feinjustierung
von Abgabetemperatur des Schmelzklebstoffs, des Systemdrucks, des
Abstands zwischen der Schlitzdüse
und des Substrats, der Maschinengeschwindigkeit usw. ließen sich
regelmäßig auch
wasserdichte geschlossene Sperrschichten mit Flächengewichten von weniger als
20 g/m2 auf diesem Substrat erzeugen.
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Beispiele 4–16:
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Die
Tabelle 1 zeigt rheologische Daten der Beispiele 4 bis 16. Die Spalte
2 der Tabelle 1 zeigt die Referenztemperatur für die rheologischen Parameter
wie auch die Beschichtungsauftragungstemperatur für jede Probe.
Die Tabelle 2 zeigt die chemische Beschreibung der Beispiele 4 bis
9 wie auch die Beschichtungsparameter für die Beispiele, in welchen
eine kontinuierliche Beschichtung erfolgte. Eine beständige kontinuierliche
Beschichtung konnte mit den Proben 4 bis 9 bei den in Spalte 2 angegebenen
Temperaturen nicht erzeugt werden. Die Anmelder vermuten, dass die
Unfähigkeit
zur Erzeugung einer kontinuierlichen Beschichtung daran liegt, dass
die komplexe Viskosität
größer als
etwa 1.000 Poise bei etwa 1 rad/Sek. lag. Durch Vergleich der Beispiele
5 mit 14 und 4 mit 10 kann die komplexe Viskosität bei 1 rad/Sek. durch Erhöhung der
Temperatur in das rheologische Fenster gebracht werden. Durch Vergleich
der Beispiele 7 mit 16 haben die Anmelder das relativ enge rheologische
Fenster von Lunatack® D-3964 gezeigt. Bei 90°C zeigt D-3964
eine zu hohe komplexe Viskosität
bei 1 rad/Sek. Bei 110°C
zeigt D-3964 eine zu niedrige komplexe Viskosität bei 1 rad/Sek., was dazu
führt,
dass das Material in das Substrat einsickert. Die Anmelder vermuten,
dass eine Temperatur zwischen 90°C
und 110°C
existiert, bei der D-3964 eine kontinuierliche Beschichtung erzeugt.
Eine thermoplastische Zusammensetzung die jedoch ein so enges rheologisches
Fenster aufweist würde
kaum Chancen auf kommerziellen Erfolg haben.
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Das
Beispiel 14 zeigt die Nützlichkeit
des Vermischens einer thermoplastischen Zusammensetzung, die nicht
in das rheologische Fenster fällt,
mit einem anderen Material, so dass die resultierende Zusammensetzung
für die
Erzeugung einer kontinuierlichen Beschichtung verwendbar ist. In
diesem speziellen Beispiel wurde, da D-3964 eine zu geringe komplexe
Viskosität
bei 1 rad/Sek. aufweist, mit einem Material vermischt um die komplexe
Viskosität
bei 1 rad/Sek. anzuheben, so dass die Mischung die bevorzugten rheologischen Eigenschaften
aufweist. Alternativ können
Beispiele die eine zu hohe komplexe Viskosität bei 1 rad/Sek. aufweisen,
wie etwa die Beispiele 4 bis 9, mit kompatiblen Materialien vermengt
werden um die komplexe Viskosität
abzusenken, so dass das Mischungsmaterial bei der bevorzugten Anwendungstemperatur
von weniger als 125°C
aufgetragen werden kann.
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Die
Beispiele 4 bis 16 wurden auf ähnliche
Weise getestet wie die Beispiele 1 bis 3. Die Auftragungsbedingungen
und die rheologischen Daten der Klebstoffzusammensetzungen sind
in Tabelle 1 angegeben. Ein Systemdruck im Bereich von etwa 40 bis
etwa 60 Bar wurde während
der Beschichtung der Beispiele 10 bis 16 erhalten.
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Die
rheologischen Daten wurden auf einem dynamischen mechanischen Spektrometer
wie etwa ein Rheometric Scientific RDS 7700 (10.000 g/cm Messwandler,
10 g/cm – <10.000 g/cm Drehmoment)
erzeugt. Eine Grundkurve von G' (Scherspeichermodul),
G'' (Scherverlustmodul)
und der komplexen Viskosität
als Funktion der Frequenz wurde erhalten durch Zeittemperaturüberlagerung.
Während
des Testens wurde die Probe bei der oberen Testtemperatur zwischen
50 mm Durchmesser parallele Plattenscheiben mit einer Lücke von
1 bis 2 mm eingebracht. Nach Stabilisierung der Probentemperatur über einen
Zeitraum von mindestens etwa 10 Minuten wurde ein Frequenzdurchlauf
von etwa 0,1 bis etwa 100 Radian pro Sekunde durchgeführt. Nach
Vervollständigung
des Frequenzdurchlaufs wurde die Probentemperatur auf die nächste Temperatur
abgesenkt und die Prozedur wiederholt. Die Belastungsamplitude wurde
eingestellt um die Auflösung
zu verbessern und reichte von etwa 20 % bis etwa 40 %. Nach dem
der Frequenzdurchlauf bei der niedrigsten letzten Temperatur vervollständigt war,
wurde die Zeittemperaturüberlagerung
verwendet um die Daten bei der Anwendungstemperatur in einer einzelnen
Grundkurve zu überlagern.
Wenn die tatsächliche
Beschichtungstemperatur nicht eine der tatsächlich getesteten Temperaturen
war, wurde die Williams, Landel, Ferry (WLF) Gleichung (Ferry, J.
D. viskoelastische Eigenschaften von Polymeren, 3. Auflage, Wiley,
New York 1980) verwendet, um die Grundkurve zu erhalten.
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