WO2001081007A1 - Verfahren zum auftragen von flüssigen, pastösen oder plastischen substanzen auf ein substrat - Google Patents

Verfahren zum auftragen von flüssigen, pastösen oder plastischen substanzen auf ein substrat Download PDF

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WO2001081007A1
WO2001081007A1 PCT/EP2001/003868 EP0103868W WO0181007A1 WO 2001081007 A1 WO2001081007 A1 WO 2001081007A1 EP 0103868 W EP0103868 W EP 0103868W WO 0181007 A1 WO0181007 A1 WO 0181007A1
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nozzle
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Michael Zschaeck
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Beiersdorf AG
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    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C1/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is applied to the surface of the work by contact with a member carrying the liquid or other fluent material, e.g. a porous member loaded with a liquid to be applied as a coating
    • B05C1/04—Apparatus in which liquid or other fluent material is applied to the surface of the work by contact with a member carrying the liquid or other fluent material, e.g. a porous member loaded with a liquid to be applied as a coating for applying liquid or other fluent material to work of indefinite length
    • B05C1/08—Apparatus in which liquid or other fluent material is applied to the surface of the work by contact with a member carrying the liquid or other fluent material, e.g. a porous member loaded with a liquid to be applied as a coating for applying liquid or other fluent material to work of indefinite length using a roller or other rotating member which contacts the work along a generating line
    • B05C1/10—Apparatus in which liquid or other fluent material is applied to the surface of the work by contact with a member carrying the liquid or other fluent material, e.g. a porous member loaded with a liquid to be applied as a coating for applying liquid or other fluent material to work of indefinite length using a roller or other rotating member which contacts the work along a generating line the liquid or other fluent material being supplied from inside the roller
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C1/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is applied to the surface of the work by contact with a member carrying the liquid or other fluent material, e.g. a porous member loaded with a liquid to be applied as a coating
    • B05C1/003—Apparatus in which liquid or other fluent material is applied to the surface of the work by contact with a member carrying the liquid or other fluent material, e.g. a porous member loaded with a liquid to be applied as a coating incorporating means for heating or cooling the liquid or other fluent material

Definitions

  • the invention relates to a method for applying liquids, in particular thermoplastics, to a substrate, the substance being melted, heated and applied to a carrier material by means of a nozzle or a doctor blade through a perforated cylinder.
  • Substrates which are coated with highly viscous materials are known in the medical field. From certain points of view, it makes sense that these coatings do not have closed surfaces but are applied in a punctiform manner, which, for example, allows the skin under bandages not to macerate due to the possibility of sweat and other exudates from the skin.
  • An adequate process to achieve this punctiform coating is rotary screen printing.
  • a nozzle through which the fluid to be coated is introduced from outside into the sieve space and is pressed through the sieve holes in the direction of the substrate to be coated.
  • the sieve is lifted off the substrate according to the transport speed of the substrate (rotation speed of the sieve drum). Due to the adhesion and the internal cohesion of the fluid, the limited supply of hotmelt adhesive in the holes is subtracted from the base of the calottes, which is already adhering to the carrier, or is conveyed by the existing pressure on the carrier. After this transport has ended, depending on the rheology of the fluid, the more or less strongly curved surface of the spherical cap forms over the predetermined base area.
  • the ratio of the height to the base of the spherical cap depends on the ratio of the hole diameter to the wall thickness of the screen drum and the physical properties (flow behavior, surface tension and wetting angle on the carrier material) of the fluid.
  • the materials must be compatible with the skin, generally permeable to air and / or water vapor, as well as easy to mold and conform. Because of these requirements, the thinnest or softest carrier is often preferred. Sufficient strength and, if necessary, limited elasticity are also required for handling and use of the carrier materials. Furthermore, the carrier material should have sufficient strength and low elasticity even after it has been soaked.
  • Adhesives particularly preferably self-adhesives, are preferably used for the coating of carrier materials with a later medical, cosmetic or technical use. These preferably belong to the material classes of the solutions, the dispersions, the prepolymers and the thermoplastic polymers.
  • Thermoplastic hotmelt adhesives based on natural and synthetic rubbers and other synthetic polymers such as, for example, acrylates, methacrylates, polyurethanes, polyolefins, polyvinyl derivatives, polyesters or silicones with appropriate additives, such as adhesive resins, plasticizers, stabilizers and other auxiliaries, are advantageously used where necessary.
  • Their softening point should be higher than 50 ° C, the application temperature is usually at least 90 ° C, preferably between 100 ° C and 180 ° C, or 180 ° C and 220 ° C for silicones.
  • the process therefore requires that the hotmelt adhesive be brought to an appropriate temperature in order to liquefy it so that it can pass through the sieve holes.
  • the hot melt adhesive is usually brought to the appropriate temperature in the feed system and in the nozzle.
  • an attempt is made to set the highest possible temperature, since this lowers the viscosity of the adhesive and a higher production speed can be achieved.
  • there are strict limits to this process because if the temperature is too high, the hotmelts are subject to a chemical decomposition process in a short time, which is unacceptable, especially with medical coatings that come into contact with the skin.
  • heating elements that are designed as radiation sources are arranged in or around the sieve (EP 0 288 541 A1). Heating with hot air is also described (CH 648 497 A5).
  • these types of heating have the disadvantage that not only is energy applied to the screen, but also to the environment and the substrate to be coated due to the scatter and the permeability of the screen to radiation and air flow.
  • Another disadvantage of this device is that the screen heats up much more in the areas in which it is not in contact with the substance, the substrate to be coated and the nozzle than in the areas in which there is such contact the heat is dissipated. Temperature differences of 40 to 60 ° C are the rule here. This results in a zonal mechanical weakening of the screen materials that mostly occurs in the peripheral areas due to embrittlement due to overheating. The result is that the screen breaks in a destructive manner, particularly at higher production speeds.
  • a disadvantage of the heating of the entire circumference is on the one hand the chemical stress on the surrounding thin adhesive film remaining on the sieve due to the intensive energy input with a large surface / volume ratio and thus a large contact area with the surrounding atmospheric oxygen, on the other hand the unnecessary radiation of part of the energy introduced to the environment.
  • the object of the invention is to provide a method which is excellently suitable for applying viscous liquids to a carrier material and which avoids the disadvantages known from the prior art.
  • the invention relates to a method for applying liquids, in particular thermoplastics, to a substrate, the substance being melted, heated and applied to a carrier material by means of a nozzle or a doctor blade through a perforated cylinder.
  • the perforated cylinder is heated in the circular arc segment of the cylinder in which the liquid passes through the cylinder, the circular arc segment covering an angle of up to 180 °, preferably from 5 ° to 90 °, based on the center of the sieve.
  • the essence of the method is thus that the screen is heated exclusively or in addition to a further heating in the circular arc segment in which the liquid passes through the screen.
  • This segment covers an angle of up to 180 °, preferably from 5 ° to 90 °, based on the center of the screen.
  • the heated circular arc segment can be arranged both in front of and behind the point of passage of the liquid in the direction of rotation of the sieve.
  • the heated circular arc segment is preferably arranged in the direction of rotation of the perforated cylinder on both sides of the passage of the liquid, in order both to ensure heating of the screen in front of the passage point and to enable heating in the detachment zone of the point.
  • the heating element lying against the direction of rotation before the passage of the liquid forms a continuously decreasing gap until full contact with the sieve in the direction of rotation. It proves advantageous if the gap continuously decreases in the direction of rotation from 3 mm to 0 mm, preferably from 0.3 mm to 0 mm.
  • a nozzle designed in this way increases the temperatures of the adhesive residues present in the sieve without the sieve initially being in contact with the heating element and only makes contact when the adhesive has reached a viscosity by increasing the temperature, at which it does not contribute to the torsion of the sieve guaranteed.
  • the adhesive can increasingly take on the function of a lubricating film between the screen and the heating element.
  • the formation of the lubricating film is supported in an advantageous embodiment in that the surface of the heating plate that faces the sieve at least partially has an ordered or irregular structure with a roughness depth of 0.001 to 1 mm, preferably of 0.01 to 0.5 mm has, for example, a groove in the direction of rotation of the surface.
  • the heating circle segment On the side lying in the direction of rotation after the passage opening of the liquid, the heating circle segment is designed as follows in order to heat the screen in the To enable the area to detach the cap:
  • the distance to the sieve is constantly 0 to 3 mm, but preferably 0.01 mm to 0.2 mm.
  • a heating plate can also be placed on the screen from the outside on the circle segment lying in the direction of rotation in front of the point of passage of the adhesive, which follows the curve of the screen.
  • the heating plate can be heated with oil or electricity using the usual methods. This is particularly useful when high coating speeds are to be achieved.
  • the design of the heating plate which is in contact with the outside proves to be advantageous if it forms a circle segment which is 5 - 10 ° smaller, preferably 6 - 7 ° smaller, relative to the circle segment within the sieve. Furthermore, it is advantageous if the heating plate is at a distance from the sieve of 0.0 mm to 3 mm, preferably 0.0 mm to 0.1 mm. Here, too, the distance can be continuously reduced in order to form the adhesive as a lubricating film.
  • the heating element or the area of the nozzle that is designed as a heating element should at least partially pass seamlessly into the lateral delimitation lip of the nozzle outlet opening.
  • a nozzle designed in this way enables the viscosity of the adhesive to be reduced briefly without chemical decomposition, provides a long service life for the sieve in production, since the brittleness and torsion on the edges are eliminated due to the toughness of the adhesive, and avoids thermal stress in the vicinity of the coating location , In addition, heating in the direction of rotation behind the point of passage of the adhesive can save an additional thread melter in many cases.
  • radiation sources such as infrared emitters, are used as heating elements, but according to the invention act exclusively in the circular arc segment in which the liquid passes through the sieve and which has an angle of 0 ° to 180 °, preferably from 5 ° to 45 ° based on the center of the screen.
  • heating elements on the nozzle or the direct integration of these into the nozzle can lead to undesired heating of the nozzle body, for example due to heat conduction effects.
  • a tempering medium such as thermal oil or water, would have to dissipate this heat.
  • this liquid is fed to the nozzle at a temperature which is below the desired coating temperature and is heated therein to the coating temperature by the amount of heat to be removed.
  • correspondingly arranged flow channels for example a double-walled inflow pipe arranged centrally in the axial direction in the nozzle base body, in which the liquid first flows through the outer jacket closer to the heating elements and is then passed into the inner distribution pipe.
  • liquids with a dynamic zero viscosity of 0.1 to 1000 Pas can advantageously be coated, preferably with a dynamic zero viscosity of 1 to 500 Pas.
  • Suitable substances to be applied are all inorganic and organic compounds whose viscosity can be brought into the above range by increasing the temperature, including dispersions, emulsions, solutions and melts.
  • Adhesives particularly preferably self-adhesives, are preferably used for the coating of carrier materials with a later medical, cosmetic or technical use. These preferably belong to the material classes of the solutions, the dispersions, the prepolymers and the thermoplastic polymers.
  • Thermoplastic hotmelt adhesives based on natural and synthetic rubbers and other synthetic polymers such as are advantageously used examples include acrylates, methacrylates, polyurethanes, polyolefins, polyvinyl derivatives, polyesters or silicones with appropriate additives such as adhesive resins, plasticizers, stabilizers and other auxiliaries where necessary.
  • Their softening point should be higher than 50 ° C, since the application temperature is usually at least 90 ° C, preferably between 100 ° C and 180 ° C, or 180 ° C and 220 ° C for silicones. If necessary, post-crosslinking by UV or electron beam irradiation can be appropriate in order to set particularly advantageous properties of the hotmelt adhesives.
  • hot-melt adhesives based on block copolymers are characterized by their wide variety of possible variations, because the targeted lowering of the glass transition temperature of the self-adhesive composition as a result of the selection of the tackifiers, the plasticizers and the polymer molecule size and the molecular weight distribution of the insert components also makes the necessary functional bonding to the skin guaranteed at critical points of the human musculoskeletal system.
  • the hotmelt adhesive is preferably based on block copolymers, in particular A-B, A-B-A block copolymers or mixtures thereof.
  • the hard phase A is primarily polystyrene or its derivatives
  • the soft phase B contains ethylene, propylene, butylene, butadiene, isoprene or mixtures thereof, particularly preferably ethylene and butylene or mixtures thereof.
  • Polystyrene blocks can, however, also be present in the soft phase B, namely up to 20% by weight. However, the total styrene content should always be less than 35% by weight. Styrene fractions between 5 wt.% And 30 wt.% Are preferred, "since a lower styrene fraction makes the adhesive more supple.
  • the targeted blending of di-block and tri-block copolymers is particularly advantageous, a proportion of di-block copolymers of less than 80% by weight being preferred.
  • the hot-melt adhesive has the following composition: 10% to 90% by weight block copolymers,
  • tackifiers such as oils, waxes, resins, and / or mixtures thereof, preferably mixtures of resins and oils, less than 60% by weight of plasticizer, less than 15% by weight of additives, less than 5 wt% stabilizers.
  • the aliphatic or aromatic oils, waxes and resins used as tackifiers are preferably hydrocarbon oils, waxes and resins, the oils, such as paraffinic hydrocarbon oils, or the waxes, such as paraffinic hydrocarbon waxes, having a favorable effect on the skin adhesion due to their consistency.
  • the oils, such as paraffinic hydrocarbon oils, or the waxes, such as paraffinic hydrocarbon waxes having a favorable effect on the skin adhesion due to their consistency.
  • Medium- or long-chain fatty acids and / or their esters are used as plasticizers. These additives serve to adjust the adhesive properties and the stability. If necessary, further stabilizers and other auxiliary substances are used.
  • the hot melt adhesive should have a high tack.
  • the functionally adapted adhesive strength on the skin and on the back of the carrier should be present.
  • a high shear strength of the hot melt adhesive is necessary.
  • the high shear strength of the adhesive is achieved through the high cohesiveness of the block copolymer. The good grip is due to the range of tackifiers and plasticizers used.
  • the product properties such as tack, glass transition temperature and shear stability can be easily quantified with the help of dynamic mechanical frequency measurement.
  • a shear stress controlled rheometer is used.
  • the results of this measurement method provide information about the physical properties of a substance by taking the viscoelastic component into account.
  • the hot melt adhesive is vibrated between two plane-parallel plates with variable frequencies and low deformation (linear visco-elastic range).
  • a high frequency is chosen for the subjective sensation of tack (tack) and a low frequency for the shear strength.
  • tack subjective sensation of tack
  • a high numerical value means better grip and poorer shear stability.
  • the glass transition temperature is the temperature at which amorphous or partially crystalline polymers change from the liquid or rubber-elastic state to the hard-elastic or glassy state or vice versa (Römpp Chemie-Lexikon, 9th edition, volume 2, page 1587, Georg Thieme Verlag Stuttgart - New York , 1990). It corresponds to the maximum of the temperature function at a given frequency. A relatively low glass transition point is particularly necessary for medical applications.
  • the hot melt adhesives are preferably set so that they have a dynamic-complex glass transition temperature of less at a frequency of 0.1 rad / s than 15 ° C, preferably from 5 ° C to -30 ° C, very particularly preferably from -3 ° C to -15 ° C.
  • Hot melt adhesives in which the ratio of the viscous portion to the elastic portion at a frequency of 100 rad / s at 25 ° C. is greater than 0.7, in particular between 1.0 and 5.0, are preferred, or hot melt adhesives in which the The ratio of the viscous component to the elastic component at a frequency of 0.1 rad / s at 25 ° C. is less than 0.6, preferably between 0.4 and 0.02, very particularly preferably between 0.35 and 0.1.
  • the domes or polygeometric body shapes can have different shapes. Flattened hemispheres are preferred. Furthermore, it is also possible to print other shapes and patterns on the carrier material, for example a printed image in the form of alphanumeric character combinations or patterns such as grids, stripes, and cumulative spheres and zigzag lines.
  • the adhesive can be evenly distributed on the backing material, but it can also be applied to the product in a different thickness or density over the surface, which is also favored by the possibility of varying the angle between surface and sieve according to the invention.
  • All rigid and elastic fabrics made of synthetic and natural raw materials are suitable as carrier materials. Preference is given to backing materials which, after the adhesive has been applied, can be used in such a way that they meet technical requirements or the properties of a functional dressing. Textiles such as woven fabrics, knitted fabrics, scrims, nonwovens, laminates, nets, foils, foams and papers are listed as examples. These materials can also be pretreated or post-treated. Common pretreatments are corona and hydrophobizing; Common post-treatments are calendering, tempering, laminating, punching and mounting.
  • the carrier material when directly coating the carrier material, it must have a certain strength and density in order to prevent the domes from penetrating too far into the carrier material or even penetrating during the coating process.
  • the domes and / or polygeometric body shapes are transferred to a second carrier material after the coating.
  • the second carrier material represents the actual carrier
  • the first carrier material serves as an auxiliary carrier.
  • Such an auxiliary carrier can also be designed in the form of an abhesively coated roller or webbing.
  • auxiliary carrier is the roller with an adhesive surface, it being possible for the adhesive surface of the roller to consist of silicone or fluorine-containing compounds or plasma-coated separation systems. These can be composed having a basis weight of 0.001 g / m 2 bis 3000 g / m z in the form of a coating, preferably applied from 100 to 2000 g / m 2.
  • the temperature of the abhesive surface of the roller can be set between 0 ° C. and 200 ° C., preferably below 60 ° C., particularly preferably below 25 ° C. It is particularly advantageous if the abhesive properties of the surface of the roller are matched so that the applied self-adhesive also adheres to a cooled roller ( ⁇ 25 ° C).
  • Subsequent calendering of the coated product and / or pretreatment of the carrier, such as corona radiation, for better anchoring of the adhesive layer can also be advantageous.
  • treatment of the hotmelt adhesive with electron beam postcrosslinking or UV radiation can lead to an improvement in the desired properties.
  • the carrier material is preferably coated at a speed of greater than 2 m / min, preferably 20 to 200 m / min.
  • the percentage of the area coated with the hot melt adhesive should be at least 1% and can range up to approximately 99%, for special products preferably 15% to 95%, particularly preferably 50% to 95%. This can can be achieved by multiple application, where appropriate, hot melt adhesives with different properties can also be used.
  • the partial application enables the transepidermal loss of water to be removed through controlled channels and improves the evaporation of the skin when sweating, especially when using air and water vapor permeable carrier materials. This prevents skin irritation caused by congestion of the body fluids.
  • the created drainage channels enable drainage even when using a multi-layer bandage.
  • the support material coated in this way has an air permeability of greater than 1 cm 3 / (cm 2 * s), preferably 10 to 150 cm / (cm 2 * s), and / or a water vapor permeability of greater than 200 g / (m * 24h), preferably 500 to 5000 g / (m 2 * 24h).
  • the support material coated in this way on steel has an adhesive strength on the back of the support of at least 0.5 N / cm, in particular an adhesive strength between 2 N / cm and 20 N / cm.
  • the individual biomechanical adhesive force control which has a demonstrable reduction in the adhesive force of these plasters, also supports detachability.
  • the applied carrier material shows good proprioreceptive effects.
  • the self-adhesive compositions are foamed before they are applied to the backing material.
  • the self-adhesive compositions are preferably foamed with inert gases such as nitrogen, carbon dioxide, noble gases, hydrocarbons or air or mixtures thereof.
  • inert gases such as nitrogen, carbon dioxide, noble gases, hydrocarbons or air or mixtures thereof.
  • foaming by thermal decomposition of gas-evolving substances such as azo, carbonate and hydrazide compounds has also proven to be suitable.
  • the degree of foaming i.e. the gas content should be at least about 5% by volume and can range up to about 85% by volume. In practice, values from 10% by volume to 75% by volume, preferably 50% by volume, have proven successful. If you work at relatively high temperatures of around 100 ° C and a comparatively high internal pressure, very open-pored layers of adhesive foam are created that are particularly well permeable to air and water vapor.
  • the advantageous properties of the foamed self-adhesive coatings such as low adhesive consumption, high tack and good suppleness even on uneven surfaces due to the elasticity and plasticity as well as the initial tack can be used optimally in the field of medical products.
  • thermoplastic self-adhesive is reacted under high pressure at a temperature above the softening point with the intended gases such as nitrogen, air or carbon dioxide in different volume fractions (about 10 vol.% To 80 vol.%) In a stator / rotor system.
  • the mixed pressures gas / thermoplastic in the system are 40 to 100 bar, preferably 40 to 70 bar.
  • the PSA foam thus produced can then enter the coating nozzle via a line.
  • the use of an inherently porous carrier means that the adhesive dimension coated products well permeable to water vapor and air.
  • the amount of adhesive required is significantly reduced without impairing the adhesive properties.
  • the adhesives have a surprisingly high tack, since per gram of mass there is more volume and thus the adhesive surface available for wetting the substrate to be adhered to, and the plasticity of the adhesives is increased by the foam structure. This also improves anchorage on the carrier material.
  • the foamed adhesive coating gives the products a soft and smooth feel.
  • Foaming also generally lowers the viscosity of the adhesive. As a result, the melting energy is reduced and thermally unstable carrier materials can also be coated directly.
  • the outstanding properties of the self-adhesive carrier material according to the invention suggest the use for medical products, in particular plasters, medical fixations, wound coverings, doped systems, in particular for those which release substances, orthopedic or phlebological bandages and bandages.
  • the carrier material can be covered with an adhesive-repellent carrier material, such as siliconized paper, or provided with a wound dressing or padding.
  • the carrier material can be sterilized, preferably gamma-sterilized.
  • hot melt adhesives based on block copolymers which do not contain double bonds, are particularly suitable for subsequent sterilization. This applies in particular to styrene-butylene-ethylene-styrene block copolymers or styrene-butylene-styrene block copolymers. There are no significant changes in the adhesive properties for the application.
  • Figure 1 a section of a screen printing coating unit, which works according to the inventive method
  • Figure 1 shows a section of a screen printing coating unit, which works according to the inventive method.
  • the carrier material 10 is guided into a gap between the screen 8 (direction of rotation 9) and the counter-pressure roller 11 (direction of rotation 12).
  • the carrier material 10 is coated with a fluid through the sieve 8.
  • the fluid flows through a distribution pipe 2 lying axially in the nozzle base body 1 via the riser gap 4 to the point of passage through the screen 13.
  • heating plates 5 and 6 which are heated by electric heating rods 7, are only attached to a sector of the sieve and are attached to the nozzle. These are arranged in the direction of rotation of the screen both in front of and behind the point of passage of the fluid.
  • thermoplastic adhesive is coated on a paper web.
  • the heating elements are designed as follows:
  • an application weight of 40 g / qm could be achieved.
  • the temperature load could be kept at the sub-critical temperature of 150 degrees for these screens.
  • a coating of several tens of thousands of square meters of the fabric at a speed of 50 m / min could be carried out on the screen or screen heating without visible damage or signs of wear. Contact between the coating nozzle and the screen due to torsion did not destroy the screen. In a subsequent chemical examination of the adhesive, no evidence of chemical decomposition could be found.
  • the maximum production speed that could be achieved was 100 m / min. claims
  • a method according to claim 2 characterized in that the perforated cylinder in the circular arc segment, in which the passage of the liquid through the perforated cylinder takes place, is heated by one or more heating plates.
  • Method according to claims 3 and 4 characterized in that the heating plate is arranged on the inside of the screen, on the outside of the screen or on both sides of the screen.
  • the carrier material is a roller or a webbing with an abhesive surface, the abhesive surface consisting in particular of a coating of silicone or fluorine-containing compounds or plasma-coated separation systems, which has a very particular basis weight of 0.001 g / m 2 to 3000 g / m 2 is applied, preferably 100 to 2000 g / m 2 .
  • the substance has a dynamic zero viscosity of 0.1 Pas to 1000 Pas, preferably from 1 Pas to 500 Pas, at the processing temperature.
  • the substance is a solution, a dispersion, a prepolymer or a thermoplastic polymer, is preferably a hot melt adhesive, particularly preferably a hot melt pressure sensitive adhesive.

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Abstract

Verfahren zum Auftragen von Flüssigkeiten, insbesondere Thermoplasten, auf ein Substrat (10), wobei die Substanz aufgeschmolzen, beheizt und mittels einer Düse (1) oder eines Rakels durch einen perforierten Zylinder (8) auf ein Trägermaterial (10) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der perforierte Zylinder in dem Kreisbogensegment des Zylinders beheizt wird, in dem der Durchtritt der Flüssigkeit durch den Zylinder erfolgt, wobei das Kreisbogensegment einen Winkel von bis zu 180 DEG , bevorzugt von 5 DEG bis 90 DEG bezogen auf den Siebmittelpunkt abdeckt.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Auftragen von flüssigen, pastösen oder plastischen Substanzen auf ein Substrat
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen von Flüssigkeiten, insbesondere Thermoplasten, auf ein Substrat, wobei die Substanz aufgeschmolzen, beheizt und mittels einer Düse oder eines Rakels durch einen perforierten Zylinder auf ein Trägermaterial aufgebracht wird.
Bekannt sind im medizinischen Bereich Substrate, die mit hochviskosen Materialien beschichtet werden. Unter bestimmten Gesichtspunkten ist es sinnvoll, dass diese Beschichtungen keine geschlossenen Oberflächen aufweisen sondern punktförmig auf- getragen werden, was zum Beispiel erlaubt, dass die Haut unter Bandagen auf Grund der Austrittsmöglichkeit von Schweiß und sonstigen Ausscheidungen der Haut nicht mazeriert. Ein adäquates Verfahren um diese punktförmige Beschichtung zu erreichen, stellt der Rotationssiebdruck dar.
In diesem Verfahren befindet sich im Inneren eines rotierenden Siebs eine Düse über die von außen her das zu beschichtende Fluid in den Siebraum eingebracht und durch die Sieblöcher in Richtung des zu beschichtenden Substrats hindurchgedrückt wird. Entsprechend der Transportgeschwindigkeit des Substrats (Rotationsgeschwindigkeit der Siebtrommel) wird das Sieb vom Substrat abgehoben. Bedingt durch die Adhäsion und die innere Kohäsion des Fluids wird von der auf dem Träger bereits haftenden Basis der Kalotten der in den Löchern begrenzte Vorrat an Heißschmelzklebemasse konturenscharf abgezogen beziehungsweise durch den bestehenden Druck auf den Träger gefördert. Nach Beendigung dieses Transportes formt sich, abhängig von der Rheologie des Fluids, über der vorgegebenen Basisfläche die mehr oder weniger stark gekrümmte Oberfläche der Kalotte. Das Verhältnis Höhe zur Basis der Kalotte hängt vom Verhältnis Lochdurchmesser zur Wandstärke der Siebtrommel und den physikalischen Eigenschaften (Fließ- verhalten, Oberflächenspannung und Benetzungswinkel auf dem Trägermaterial) des Fluids ab.
Als Substratmaterialien sind bereits zahlreiche Materialien auf Folien-, Gewebe-, Gewirke-, Vlies-, Gel- oder Schaumstoffbasis vorbeschrieben und werden auch in der Praxis eingesetzt. Auf dem medikalen Sektor stellen sich besondere Anforderungen an die Trägermaterialien. Die Materialien müssen hautverträglich, in der Regel luft- und/oder wasserdampfdurchlässig sowie gut anmodellierbar und anschmiegsam sein. Aufgrund dieser Anforderungen wird häufig ein möglichst dünner oder weicher Träger bevorzugt. Zur Handhabung und beim Gebrauch ist bei den Trägermaterialien aber auch eine aus- reichende Festigkeit und gegebenenfalls begrenzte Dehnbarkeit gefordert. Weiterhin sollte das Trägermaterial auch nach dem Durchnässen eine ausreichende Festigkeit und geringe Dehnbarkeit aufweisen.
Die Ausführung von Düse und Sieb wird in CH 648 497 A5 grundlegend beschrieben, Verbesserungen des Verfahrens werden in EP 0 288 541 A1 , EP 0 565 133 A1 , EP 0 384 278 A1 und DE 42 31 743 A1 beschrieben.
Für die Beschichtung von Trägermaterialien mit späterem medizinischen, kosmetischen oder technischen Verwendungszweck werden bevorzugt Klebemassen, besonders bevorzugt Selbstklebemassen eingesetzt. Diese gehören bevorzugt den Materialklassen der Lösungen, der Dispersionen, der Präpolymere und der thermoplastischen Polymere an.
Vorteilhafterweise werden thermoplastische Heißschmelzklebemassen eingesetzt auf Basis natürlicher und synthetischer Kautschuke und anderer synthetischer Polymere wie beispielhaft Acrylate, Methacrylate, Polyurethane, Polyolefine, Polyvinylderivate, Polyester oder Silikone mit entsprechenden Zusatzstoffen wie Klebharzen, Weichmachern, Stabilisatoren und anderen Hilfsstoffen soweit erforderlich. Ihr Erweichungspunkt sollte höher als 50 °C liegen, die Applikationstemperatur beträgt in der Regel mindestens 90 °C, bevorzugt zwischen 100 °C und 180 °C, beziehungsweise 180 °C und 220 °C bei Silikonen.
Das Verfahren verlangt also, dass die Heißschmelzklebemasse auf eine entsprechende Temperatur gebracht wird, um sie zu verflüssigen, so dass sie durch die Sieblöcher durchtreten kann. Üblicherweise wird die Heißschmelzklebemasse bereits im Zuführungssystem und in der Düse auf die entsprechende Temperatur gebracht. Dabei wird im allgemeinen versucht, eine möglichst hohe Temperatur einzustellen, da dadurch die Vis- kosität des Klebers gesenkt wird und eine höhere Produktionsgeschwindigkeit erreicht werden kann. Diesem Vorgang sind aber enge Grenzen gesetzt, da bei zu hoher Temperatur die Hotmelts in kurzer Zeit einem chemischen Zersetzungsprozess unterliegen, was gerade bei medizinischen Beschichtungen, die in Kontakt mit der Haut gelangen, nicht hinnehmbar ist.
Um die Heißschmelzklebemasse einer möglichst kurzen Wärmebelastung auszusetzen und damit die chemische Belastung zu minimieren, existieren verschiedene Möglichkeiten, die sich im wesentlichen dadurch auszeichnen, dass das Sieb beheizt wird, damit der Kleber in der kritischen Zone des Durchtritts des Klebers durch die Sieblöcher erhitzt wird beziehungsweise ein Abkühlen verhindert wird.
Im Sieb oder um das Sieb herum werden zum Beispiel Heizelemente angeordnet, die als Strahlungsquelle ausgeführt werden (EP 0 288 541 A1). Auch die Beheizung mit Heißluft wird beschrieben (CH 648 497 A5). Diese Arten der Beheizung haben jedoch den Nach- teil, dass nicht nur das Sieb mit Energie beaufschlagt wird, sondern auf Grund der Streuung und der Durchlässigkeit des Siebes für Strahlung und Luftströmung auch die Umgebung und das zu beschichtende Substrat.
Des weiteren wird ein Verfahren beschrieben, in dem das Sieb selbst als Heizquelle ver- wendet wird, indem es als elektrischer Widerstand in einem Stromkreis liegt (EP 0 384 278 A1). Dies bedingt aber umfangreiche maschinenbauliche Maßnahmen um das rotierende Sieb gegen die übrige Maschine elektrisch zu isolieren.
Dieses Verfahren zeigt auch Schwächen im Dauereinsatz: Da die im rotativen Siebdruck verwendeten Siebe mechanisch nicht sehr stabil sind, kann es im längeren Betrieb zu T EP01/03868
Torsionen mit entsprechenden Beulenbildungen kommen. In diesem Fall berühren Teile des Siebs die Düse, an der aus verfahrenstechnischen Gründen keine Isolierung angebracht werden kann, und es kommt zu Kurzschlüssen .
Ein weiterer Nachteil dieser Vorrichtung ist, dass sich das Sieb in den Bereichen, in denen es nicht in Kontakt mit der Substanz, dem zu beschichtendem Substrat und der Düse steht, wesentlich stärker erhitzt als in den Bereichen, in denen ein solcher Kontakt vorliegt, bei dem Wärme abgeführt wird. Temperaturunterschiede von 40 bis 60 °C sind hier die Regel. Das bedingt eine meist in den Randbereichen auftretende zonale mecha- nische Schwächung der Siebmaterialien durch Versprödung durch Überhitzung. Die Folge ist, dass es insbesondere bei höherer Produktionsgeschwindigkeit zu zerstörerischen Brüchen des Siebs kommt.
Der bisherige Stand der Siebbeheizung zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass das Hauptaugenmerk auf eine möglichst gleichmäßige Temperierung des Siebes entlang des gesamten Umfangs gelegt wird. Dies ist mit der oben genannten Widerstandsheizung nahezu ideal gelöst. Bei der Heißluftheizung wird dieses Ziel mittels einer das Sieb umschließenden Haube verfolgt (CH 648 497 A5), bei der Strahlungsheizung mit der Verwendung mehrerer Heizelemente entlang des Umfangs.
Nachteilig an der Beheizung des gesamten Umfangs ist einerseits die chemische Belastung des umlaufenden, auf dem Sieb verbleibenden dünnen Kleberfilms durch den intensiven Energieeintrag bei gleichzeitigem großen Oberfläche/Volumen-Verhältnis und somit großer Kontaktfläche zum umgebenden Luftsauerstoff, andererseits die unnötige Abstrahlung eines Teils der eingebrachten Energie an die Umgebung.
Ebenfalls Stand der Technik ist es, in den Zwickel, in dem sich die Kalotten aus dem Sieb lösen, gezielt Energie einzubringen, um entstehende Spinnfäden des sich aus dem Sieb lösenden Klebers abzuschmelzen und das Ausziehen das Spinnfadens so zu unterbin- den (CH 648 497 A5; DE 39 05 342 A1). Dies ist oft notwendig, da sich das Sieb nach dem Übertrag des wesentlichen Teils der Klebstoffkalotte zu schnell abkühlt und somit der verbleibende Kleberrest in seiner Viskosität so erhöht wird, dass das Verspinnen möglich wird. Die auf den Gesamtumfang ausgerichteten Siebheizungen nach dem Stand der Technik sind hier in ihrer Energiedichte nicht ausreichend oder können ihre Energie aufgrund der geometrischen Gegebenheiten nicht in ausreichender Weise an diesen Punkt des Ablösens des Klebers vom Sieb hinbringen, um hier einer Auskühlung des Siebes entgegenzuwirken. So werden die oben genannten Fadenabschmelzer notwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, dass hervorragend geeignet ist, viskose Flüssigkeiten auf ein Trägermaterial aufzubringen und die aus dem Stand der Technik bekanten Nachteile vermeidet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, wie es im Hauptanspruch beschrieben ist. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Fortbildungen des Erfindungsgegenstands.
Demgemäß betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Auftragen von Flüssigkeiten, insbe- sondere Thermoplasten, auf ein Substrat, wobei die Substanz aufgeschmolzen, beheizt und mittels einer Düse oder eines Rakels durch einen perforierten Zylinder auf ein Trägermaterial aufgebracht wird.
Der perforierte Zylinder wird in dem Kreisbogensegment des Zylinders beheizt, in dem der Durchtritt der Flüssigkeit durch den Zylinder erfolgt, wobei das Kreisbogensegment einen Winkel von bis zu 180°, bevorzugt von 5° bis 90° bezogen auf den Siebmittelpunkt abdeckt.
Kern des Verfahrens ist somit, dass das Sieb ausschließlich oder zusätzlich zu einer weiteren Heizung in dem Kreisbogensegment beheizt wird, in dem der Durchtritt der Flüssigkeit durch das Sieb erfolgt. Dieses Segment deckt einen Winkel von bis zu 180°, bevorzugt von 5° bis 90° bezogen auf den Siebmittelpunkt ab. Das beheizte Kreisbogensegment kann dabei in Drehrichtung des Siebes sowohl vor, als auch hinter dem Durchtrittspunkt der Flüssigkeit angeordnet sein. Vorzugsweise ist das beheizte Kreisbogensegment in Drehrichtung des perforierten Zylinders beiderseits des Durchtritts der Flüs- sigkeit angeordnet, um sowohl eine Beheizung des Siebes vor dem Durchtrittspunkt zu gewährleisten als auch eine Beheizung in der Ablösezone des Punktes zu ermöglichen.
Ohne die Erfindung einschränken zu wollen, soll im folgenden auf die Realisierung einer solchen Siebheizung mittels Heizplatten eingegangen werden, die je nach weiterer Aus- führung als Kontakt- oder/und Strahlungs- oder/und Konvektionsheizer wirksam werden und im wesentlichen der Krümmung des Siebes folgen. Diese sind im entsprechenden Sektor an der Innenseite des Siebes oder an der Außenseite des Siebes oder an beiden Seiten des Siebes angeordnet und stehen zumindest in Teilbereichen in Kontakt mit dem Sieb oder weisen einen Abstand von nicht mehr als 3 mm, bevorzugt bis 0,1 mm, auf. Der Abstand kann über das Kreisbogensegment auch zwischen 0 und 3 mm, bevorzugt zwischen 0 und 0,1 mm variieren. Die Platten können elektrisch oder mit Öl nach den herkömmlichen Verfahren beheizt werden.
Speziell beim Kontaktheizverfahren ist zu beachten, dass zwischen der Kontaktheizplatte und dem Sieb erhöhte Reibung auftritt, dies gilt insbesondere dann, wenn die Platten ein größeres Kreissegment (zum Beispiel größer 20°) umschließen, oder mit höheren Geschwindigkeiten (zum Beispiel über 30 m/min) gefahren wird. Diese erhöhte Reibung führt zu einer dynamisch wechselnden Torsion des Siebs wodurch die Standzeiten wesentlich verkürzt werden könnten. Dies kann wie folgt vermieden werden:
Das gegen die Rotationsrichtung vor dem Durchtritt der Flüssigkeit liegende Heizelement bildet einen kontinuierlich kleiner werdenden Spalt bis zum Vollkontakt mit dem Sieb in Rotationsrichtung. Günstig erweist es sich, wenn sich der Spalt in Rotationsrichtung kon- tinuieriich von 3 mm bis auf 0 mm verringert, bevorzugt von 0,3 mm auf 0 mm. Eine solchermaßen ausgeführte Düse erhöht die Temperaturen der im Sieb vorhandenen Kleberreste, ohne dass das Sieb anfänglich in Kontakt mit dem Heizelement steht und stellt den Kontakt erst her, wenn der Kleber durch Temperaturerhöhung die Viskosität erreicht hat, bei der er keinen Beitrag zur Torsion des Siebs leistet. Der Kleber kann zunehmend die Funktion eines Schmierfilms zwischen Sieb und Heizelement übernehmen.
Die Ausbildung des Schmierfilms wird in einer vorteilhaften Ausführung dadurch unterstützt, dass die Oberfläche der Heizplatte, die dem Sieb zugewandt ist, zumindest teilweise eine geordnete oder unregelmäßige Struktur mit einer Rautiefe von 0,001 bis 1 mm, bevorzugt von 0,01 bis 0,5 mm aufweist, zum Beispiel eine in Drehrichtung verlaufende Rillung der Oberfläche.
Auf der in Rotationsrichtung nach der Durchtrittsöffnung der Flüssigkeit liegenden Seite ist das beheizende Kreissegment wie folgt ausgeführt, um eine Beheizung des Siebes im Bereich des Ablösens der Kalotte zu ermöglichen: Der Abstand zum Sieb beträgt konstant 0 bis 3 mm, bevorzugt jedoch 0,01 mm bis 0,2 mm.
Um die Erwärmung des Siebs und des Klebers zu beschleunigen kann zusätzlich von außen an dem in Rotationsrichtung vor dem Durchtrittspunkt des Klebers liegenden Kreissegment eine Heizplatte an das Sieb angelegt werden, die der Rundung des Siebs folgt. Die Heizplatte kann nach den üblichen Verfahren mit Öl oder Elektrizität beheizt werden. Dies erweist sich vor allem dann als sinnvoll, wenn hohe Beschichtungs- geschwindigkeiten erzielt werden sollen.
Vorteilhaft erweist sich die Ausführung der von außen anliegenden Heizplatte, wenn sie ein Kreissegment bildet, das bezogen auf das Kreissegment innerhalb des Siebes um 5 - 10° kleiner ist, vorzugsweise 6 - 7°. Des weiteren ist es günstig, wenn die Heizplatte einen Abstand vom Sieb von 0,0 mm bis 3 mm aufweist, vorzugsweise 0,0 mm bis 0,1 mm. Auch hier kann der Abstand kontinuierlich verringert werden, um den Kleber als Schmierfilm auszubilden.
Konstruktiv ist es vorteilhaft, eine oder mehrere Heizplatten direkt an der Düse, durch die das Thermoplast in das Sieb eingebracht wird, zu befestigen oder die Düse in dem Kreisbogensegment des Durchtritts der Flüssigkeit selbst als Heizelement auszubilden. Um Undichtigkeiten des Systems zu vermeiden und eine ausreichende Beheizung des Siebes auch in den Randzonen zu gewährleisten, sollte das Heizelement oder der Bereich der Düse, der als Heizelement ausgeführt ist, mindestens teilweise bruchlos in die seitliche Begrenzungslippe der Düsenaustrittsöffnung übergehen.
Eine solchermaßen ausgeführte Düse ermöglicht die kurzzeitige Erniedrigung der Viskosität des Klebers, ohne chemische Zersetzung, erbringt eine lange Standzeit des Siebs in der Produktion, da die randseitigen Versprödungen und Torsionen bedingt durch die Zähigkeit des Klebers wegfallen, und vermeidet die Wärmebelastung in der Umgebung des Beschichtungsortes. Darüber hinaus kann durch die Beheizung in Drehrichtung hinter dem Durchtrittspunkt des Klebers in vielen Fällen ein zusätzlicher Fadenabschmelzer eingespart werden. In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens werden anstelle der oben beschriebenen Heizplatten Strahlungsquellen, wie zum Beispiel Infrarotstrahler, als Heizelemente verwendet, die aber erfindungsgemäß ausschließlich in dem Kreisbogensegment wirken, in dem der Durchtritt der Flüssigkeit durch das Sieb erfolgt und welches einen Winkel von 0° bis 180°, bevorzugt von 5° bis 45° bezogen auf den Siebmittelpunkt abdeckt.
Durch die Anordnung von Heizelementen an der Düse oder die direkte Integration solcher in die Düse, kann es, zum Beispiel durch Wärmeleitungseffekte, zur unerwünschten Aufheizung des Düsengrundkörpers kommen. Ein temperierendes Medium, wie zum Beispiel Thermalöl oder Wasser, müsste diese Wärme abführen. Vorteilhaft ist es jedoch, die zu beschichtende Flüssigkeit selbst zur Wärmeabfuhr zu verwenden. Dazu wird diese Flüssigkeit mit einer Temperatur, die unterhalb der angestrebten Beschichtungstemperatur liegt, der Düse zugeführt und darin durch die abzuführende Wärmemenge auf Beschichtungstemperatur erhitzt. Dazu ist es vorteilhaft, entsprechend angeordnete Strömungskanäle vorzusehen, zum Beispiel ein doppelwandiges, zentral in axialer Richtung im Düsengrundkörper angeordnetes Zuströmrohr, bei dem die Flüssigkeit zunächst den den Heizelementen näher gelegenen Außenmantel durchströmt und sodann in das innere Verteilrohr geleitet wird.
Mit dem beschriebenen Verfahren können vorteilhaft Flüssigkeiten mit einer dynamischen Nullviskosität von 0,1 bis zu 1000 Pas beschichtet werden, bevorzugt mit einer dynamischen Nullviskosität von 1 bis 500 Pas.
Als aufzutragende Substanzen eignen sich alle anorganischen und organischen Verbindungen, deren Viskosität durch Temperaturerhöhung in den oben genannten Bereich gebracht werden kann, auch Dispersionen, Emulsionen, Lösungen und Schmelzen. Für die Beschichtung von Trägermaterialien mit späterem medizinischen, kosmetischen oder technischen Verwendungszweck werden bevorzugt Klebemassen, besonders bevorzugt Selbstklebemassen eingesetzt. Diese gehören bevorzugt den Materialklassen der Lösungen, der Dispersionen, der Präpolymere und der thermoplastischen Polymere an.
Vorteilhafterweise werden thermoplastische Heißschmelzklebemassen eingesetzt auf Basis natürlicher und synthetischer Kautschuke und anderer synthetischer Polymere wie beispielhaft Acrylate, Methacrylate, Polyurethane, Polyolefine, Polyvinylderivate, Polyester oder Silikone mit entsprechenden Zusatzstoffen wie Klebharzen, Weichmachern, Stabilisatoren und anderen Hilfsstoffen soweit erforderlich.
Ihr Erweichungspunkt sollte höher als 50 °C liegen, da die Applikationstemperatur in der Regel mindestens 90 °C beträgt, bevorzugt zwischen 100 °C und 180 °C, beziehungsweise 180 °C und 220 °C bei Silikonen. Gegebenenfalls kann eine Nachvernetzung durch UV- oder Elektronenstrahlen-Bestrahlung angebracht sein, um besonders vorteilhafte Eigenschaften der Heißschmelzklebemassen einzustellen.
Insbesondere Heißschmelzklebemassen auf Basis von Blockcopolymeren zeichnen sich durch ihre vielfältigen Variationsmöglichkeiten aus, denn durch die gezielte Absenkung der Glasübergangstemperatur der Selbstklebemasse infolge der Auswahl der Klebrigmacher, der Weichmacher sowie der Polymermolekülgröße und der Molekulargewichts- Verteilung der Einsatzkomponenten wird die notwendige funktionsgerechte Verklebung mit der Haut auch an kritischen Stellen des menschlichen Bewegungsapparates gewährleistet.
Für besonders stark klebende Systeme basiert die Heißschmelzklebemasse bevorzugt auf Blockcopolymeren, insbesondere A-B-, A-B-A-Blockcopolymere oder deren Mischungen. Die harte Phase A ist vornehmlich Polystyrol oder dessen Derivate, und die weiche Phase B enthält Ethylen, Propylen, Butylen, Butadien, Isopren oder deren Mischungen, hierbei besonders bevorzugt Ethylen und Butylen oder deren Mischungen.
Polystyrolblöcke können aber auch in der weichen Phase B enthalten sein, und zwar bis zu 20 Gew.-%. Der gesamte Styrolanteil sollte aber stets niedriger als 35 Gew.-% liegen. Bevorzugt werden Styrolanteile zwischen 5 Gew.-% und 30 Gew.-%, „da ein niedrigerer Styrolanteil die Klebemasse anschmiegsamer macht.
Insbesondere die gezielte Abmischung von Di-Block- und Tri-Blockcopolymeren ist vorteilhaft, wobei ein Anteil an Di-Blockcopolymeren von kleiner 80 Gew.-% bevorzugt wird.
In einer vorteilhaften Ausführung weist die Heißschmelzklebemasse die nachfolgend angegebene Zusammensetzung auf: 10 Gew.-% bis 90 Gew.-% Blockcopolymere,
5 Gew.-% bis 80 Gew.-% Klebrigmacher wie Öle, Wachse, Harze, und/oder deren Mischungen, bevorzugt Mischungen aus Harzen und Ölen, weniger als 60 Gew.-% Weichmacher, weniger als 15 Gew.-% Additive, weniger als 5 Gew.-% Stabilisatoren.
Die als Klebrigmacher dienenden aliphatischen oder aromatischen Öle, Wachse und Harze sind bevorzugt Kohlenwasserstofföle, -wachse und -harze, wobei sich die Öle, wie Paraffinkohlenwasserstofföle, oder die Wachse, wie Paraffinkohlenwasserstoffwachse, durch ihre Konsistenz günstig auf die Hautverklebung auswirken. Als Weichmacher finden mittet- oder langkettige Fettsäuren und/oder deren Ester Verwendung. Diese Zusätze dienen dabei der Einstellung der Klebeeigenschaften und der Stabilität. Gegebenenfalls kommen weitere Stabilisatoren und andere Hilfsstoffe zum Einsatz.
Ein Füllen der Klebemasse mit mineralischen Füllstoffen, Fasern, Mikrohohl- oder -vollkugeln ist möglich.
Insbesondere an medizinische Trägermaterialien werden hohe Anforderungen bezüglich der Klebeeigenschaften gestellt. Für eine ideale Anwendung sollte die Heißschmelzklebemasse eine hohe Anfassklebrigkeit besitzen. Die funktionsangepasste Klebkraft auf der Haut und auf der Trägerrückseite sollte vorhanden sein. Weiterhin ist, damit es zu keinem Verrutschen kommt, eine hohe Scherfestigkeit der Heißschmelzklebemasse not- wendig. Durch die gezielte Absenkung der Glasübergangstemperatur der Klebemasse infolge der Auswahl der Klebrigmacher, der Weichmacher sowie der Polymermolekülgröße und der Molekularverteilung der Einsatzkomponenten wird die notwendige funktionsgerechte Verklebung mit der Haut und der Trägerrückseite erreicht. Die hohe Scherfestigkeit der Klebemasse wird durch die hohe Kohäsivität des Blockcopolymeren erreicht. Die gute Anfassklebrigkeit ergibt sich durch die eingesetzte Palette an Klebrigmachern und Weichmachern.
Die Produkteigenschaften wie Anfassklebrigkeit, Glasübergangstemperatur und Scherstabilität lassen sich mit Hilfe einer dynamisch-mechanischen Frequenzmessung gut quantifizieren. Hierbei wird ein schubspannungsgesteuertes Rheometer verwendet. Die Ergebnisse dieser Meßmethode geben Auskunft über die physikalischen Eigenschaften eines Stoffes durch die Berücksichtigung des viskoelastischen Anteils. Hierbei wird bei einer vorgegebenen Temperatur die Heißschmelzklebemasse zwischen zwei planparallelen Platten mit variablen Frequenzen und geringer Verformung (linear visko- elastischer Bereich) in Schwingungen versetzt. Über eine Aufnahmesteuerung wird computerunterstützt der Quotient (Q = tan δ) zwischen dem Verlustmodul (G" viskoser Anteil) und dem Speichermodul (G' elastischer Anteil) ermittelt.
Q = tan δ = G'VG'
Für das subjektive Empfinden der Anfassklebrigkeit (Tack) wird eine hohe Frequenz gewählt sowie für die Scherfestigkeit eine niedrige Frequenz. Eine hoher Zahlenwert bedeutet eine bessere Anfassklebrigkeit und eine schlechtere Scherstabilität.
Die Glasübergangstemperatur ist die Temperatur, bei der amorphe oder teilkristalline Polymere vom flüssigen oder gummielastischen Zustand in den hartelastischen oder glasigen Zustand übergehen oder umgekehrt (Römpp Chemie-Lexikon, 9. Aufl., Band 2, Seite 1587, Georg Thieme Verlag Stuttgart - New York, 1990). Er entspricht dem Maximum der Temperaturfunktion bei vorgegebener Frequenz. Besonders für medizinische Anwendungen ist ein relativ niedriger Glasübergangspunkt notwendig.
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Die Heißschmelzklebemassen sind vorzugsweise so eingestellt, dass sie bei einer Frequenz von 0,1 rad/s eine dynamisch-komplexe Glasübergangstemperatur von weniger als 15 °C, bevorzugt von 5 °C bis -30 °C, ganz besonders bevorzugt von -3 °C bis -15 °C, aufweisen.
Bevorzugt werden erfindungsgemäß Heißschmelzklebemassen, bei denen das Verhältnis des viskosen Anteils zum elastischen Anteil bei einer Frequenz von 100 rad/s bei 25 °C größer 0,7, besonders zwischen 1,0 und 5,0, ist, oder Heißschmelzklebemassen, bei denen das Verhältnis des viskosen Anteils zum elastischen Anteil bei einer Frequenz von 0,1 rad/s bei 25 °C kleiner 0,6 ist, bevorzugt zwischen 0,4 und 0,02, ganz besonders bevorzugt zwischen 0,35 und 0,1.
Die Kalotten beziehungsweise polygeometrischen Körperformen können unterschiedliche Formen aufweisen. Bevorzugt sind abgeflachte Halbkugeln. Weiterhin ist auch der Aufdruck anderer Formen und Muster auf dem Trägermaterial möglich, so beispielsweise ein Druckbild in Form alphanumerischer Zeichenkombinationen oder Muster wie Gitter, Streifen, sowie Kumulate der Kalotten und Zickzacklinien.
Die Klebemasse kann gleichmäßig auf dem Trägermaterial verteilt sein, sie kann aber auch funktionsgerecht für das Produkt über die Fläche unterschiedlich stark oder dicht aufgetragen sein, was auch durch die erfindungsgemäße Variationsmöglichkeit des Winkels zwischen Fläche und Sieb begünstigt wird.
Als Trägermaterialien eignen sich alle starren und elastischen Flächengebilde aus synthetischen und natürlichen Rohstoffen. Bevorzugt sind Trägermaterialien, die nach Appli- kation der Klebemasse so eingesetzt werden können, dass sie technische Anforderungen oder die Eigenschaften eines funktionsgerechten Verbandes erfüllen. Beispielhaft sind Textilien wie Gewebe, Gewirke, Gelege, Vliese, Laminate, Netze, Folien, Schäume und Papiere aufgeführt. Weiter können diese Materialien vor- beziehungsweise nachbehandelt werden. Gängige Vorbehandlungen sind Corona und Hydrophobieren; geläufige Nachbehandlungen sind Kalandern, Tempern, Kaschieren, Stanzen und Eindecken.
Insbesondere beim direkten Beschichten des Trägermaterials muss dieses eine gewisse Festigkeit und Dichte aufweisen, um zu verhindern, dass während des Beschichtens die Kalotten in das Trägermaterial zu weit eindringen oder gar durchschlagen. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Kalotten und/oder polygeometrischen Körperformen nach der Beschichtung auf ein zweites Trägermaterial übertragen. Das zweite Trägermaterial stellt in diesem Fall den eigentlichen Träger dar, das erste Trägermaterial dient als Hilfsträger. Ein solcher Hilfsträger kann auch in Form einer abhäsiv beschichteten Walze oder Gurtbandes ausgeführt sein.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Hilfsträgers ist die Walze mit abhäsiver Ober- fläche, wobei die abhäsive Oberfläche der Walze aus Silikone oder Fluor enthaltenden Verbindungen oder plasmabeschichteten Trennsystemen bestehen kann. Diese können in Form einer Beschichtung mit einem Flächengewicht von 0,001 g/m2 bis- 3000 g/mz besteht, bevorzugt 100 bis 2000 g/m2 aufgebracht werden.
Für die Durchführung des Verfahrens ist es wünschenswert, dass die abhäsive Oberfläche der Walze in ihrer Temperatur zwischen 0 °C und 200 °C, bevorzugt kleiner 60 °C, besonders bevorzugt kleiner 25 °C einstellbar ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die abhäsiven Eigenschaften der Oberfläche der Walze so abgestimmt sind, dass die aufgetragene Selbstklebemasse auch auf einer gekühlten Walze (< 25 °C) haftet.
Auch ein nachträgliches Kalandern des beschichteten Produktes und/oder eine Vorbehandlung des Trägers, wie Coronabestrahlung, zur besseren Verankerung der Klebeschicht kann vorteilhaft sein.
Weiterhin kann eine Behandlung der Heißschmelzklebemasse mit einer Elektronenstrahl- Nachvernetzung oder einer UV-Bestrahlung zu einer Verbesserung der gewünschten Eigenschaften führen.
Das Trägermaterial wird bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von größer 2 m/min, bevorzugt 20 bis 200 m/min, beschichtet.
Der prozentuale Anteil, der mit der Hefßschmelzklebemasse beschichteten Fläche sollte mindestens 1 % betragen und kann bis zu ungefähr 99 % reichen, für spezielle Produkte bevorzugt 15 % bis 95 %, besonders bevorzugt 50 % bis 95 %. Dieses kann gegebe- nenfalls durch Mehrfachapplikation erreicht werden, wobei gegebenenfalls auch Heißschmelzklebemassen mit unterschiedlichen Eigenschaften eingesetzt werden können.
Der partielle Auftrag ermöglicht durch geregelte Kanäle die Abführung des transepider- malen Wasserverlustes und verbessert das Ausdampfen der Haut beim Schwitzen insbesondere bei der Verwendung von luft- und wasserdampfdurchlässigen Trägermaterialien. Hierdurch werden Hautirritationen, die durch Stauungen der Körperflüssigkeiten hervorgerufen werden, vermieden. Die angelegten Abführungskanäle ermöglichen ein Ableiten auch unter Verwendung eines mehrlagigen Verbandes.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das so beschichtete Trägermaterial eine Luftdurchlässigkeit von größer 1 cm3/(cm2*s) auf, bevorzugt 10 bis 150 cm /(cm2*s), und/oder eine Wasserdampfdurchlässigkeit von größer 200 g/(m *24h), bevorzugt 500 bis 5000 g/(m2*24h).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das so beschichtete Trägermaterial auf Stahl eine Klebkraft auf der Trägerrückseite von mindestens 0,5 N/cm auf, besonders eine Klebkraft zwischen 2 N/cm und 20 N/cm.
Die Epilation entsprechender Körperregionen und der Massetransfer auf die Haut sind aufgrund der hohen Kohäsivität des Klebers vernachlässigbar, weil der Kleber nicht an Haut und Haar verankert, vielmehr ist die Verankerung der Klebemasse auf dem Trägermaterial mit bis zu 20 N/cm (Probenbreite) für medizinische Anwendungen gut.
Durch die ausgeformten Sollbruchstellen in der Beschichtung werden Hautlagen beim Ablösen nicht mehr mit- oder gegeneinander verschoben. Das Nichtverschieben der Hautlagen und die geringere Epilation führen zu einem bisher nicht gekannten Grad der Schmerzfreiheit bei solchen stark klebenden Systemen. Weiter unterstützt die individuelle biomechanische Klebkraftsteuerung, welche eine nachweisliche Absenkung der Klebkraft dieser Pflaster aufweist, die Ablösbarkeit. Das applizierte Trägermaterial zeigt gute propriorezeptive Wirkungen. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die Selbstklebemassen geschäumt, bevor sie auf das Trägermaterial aufgetragen werden.
Die Selbstklebemassen werden dabei bevorzugt mit inerten Gasen wie Stickstoff, Koh- lendioxid, Edelgasen, Kohlenwasserstoffen oder Luft oder deren Gemischen geschäumt. In manchen Fällen hat sich ein Aufschäumen zusätzlich durch thermische Zersetzung gasentwickelnder Substanzen wie Azo-, Carbonat- und Hydrazid-Verbindungen als geeignet erwiesen.
Der Schäumungsgrad, d.h. der Gasanteil, sollte mindestens etwa 5 Vol.-% betragen und kann bis zu etwa 85 VoI.-% reichen. In der Praxis haben sich Werte von 10 Vol.-% bis 75 Vol.-%, bevorzugt 50 Vol.-%, gut bewährt. Wird bei relativ hohen Temperaturen von ungefähr 100 °C und vergleichsweise hohem Innendruck gearbeitet, entstehen sehr offenporige Klebstoffschaumschichten, die besonders gut luft- und wasserdampfdurch- lässig sind.
Die vorteilhaften Eigenschaften der geschäumten Selbstklebebeschichtungen wie geringer Klebstoffverbrauch, hohe Anfassklebrigkeit und gute Anschmiegsamkeit auch an unebenen Flächen durch die Elastizität und Plastizität sowie der Initialtack lassen ganz besonders sich auf dem Gebiet der medizinischen Produkte optimal nutzen.
Durch den Einsatz von atmungsaktiven Beschichtungen in Verbindung mit elastischen ebenfalls atmungsaktiven Trägermaterialien ergibt sich ein vom Anwender subjektiv angenehmer empfundener Tragekomfort.
Ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung der geschäumten Selbstklebemasse arbeitet nach dem Schaum-Mix-System. Hierbei wird die thermoplastische Selbstklebemasse unter hohem Druck bei einer Temperatur über dem Erweichungspunkt mit den vorgesehenen Gasen wie zum Beispiel Stickstoff, Luft oder Kohlendioxid in unterschiedlichen Volumenanteilen (etwa 10 Vol.-% bis 80 Vol.-%) in einem Stator/Rotorsystem umgesetzt.
Während der Gasvordruck größer 100 bar ist, betragen die Mischdrucke Gas/Thermoplast im System 40 bis 100 bar, bevorzugt 40 bis 70 bar. Der so hergestellte Haftklebeschaum kann anschließend über eine Leitung in die Beschichtungsdüse gelangen.
Durch die Schäumung der Selbstklebemasse und die dadurch entstandenen offenen Poren in der Masse sind bei Verwendung eines an sich porösen Trägers die mit der Kle- bemasse beschichteten Produkte gut wasserdampf- und luftdurchlässig. Die benötigte Klebemassenmenge wird erheblich reduziert ohne Beeinträchtigung der Klebeeigenschaften. Die Klebemassen weisen eine überraschend hohe Anfassklebrigkeit (tack) auf, da pro Gramm Masse mehr Volumen und damit Klebeoberfläche zum Benetzen des zu beklebenden Untergrundes zur Verfügung steht und die Plastizität der Klebemassen durch die Schaumstruktur erhöht ist. Auch die Verankerung auf dem Trägermaterial wird dadurch verbessert. Außerdem verleiht die geschäumte Klebebeschichtung, wie bereits oben erwähnt, den Produkten ein weiches und anschmiegsames Anfühlen.
Durch das Schäumen wird zudem die Viskosität der Klebemassen in der Regel gesenkt. Hierdurch wird die Schmelzenergie erniedrigt, und es können auch thermoinstabile Trägermaterialien direkt beschichtet werden.
Die hervorragenden Eigenschaften des erfindungsgemäßen, selbstklebend ausgerüsteten Trägermaterials legen die Verwendung für medizinische Produkte, insbesondere Pflaster, medizinische Fixierungen, Wundabdeckungen, dotierte Systeme, insbesondere für solche, welche Stoffe freisetzen, orthopädische oder phlebologische Bandagen und Binden nahe.
Schließlich kann das Trägermaterial nach dem Beschichtungsvorgang mit einem klebstoffabweisenden Trägermaterial, wie silikonisiertes Papier, eingedeckt oder mit einer Wundauflage oder einer Polsterung versehen werden.
Besonders vorteilhaft ist, wenn das Trägermaterial sterilisierbar, bevorzugt gamma-sterili- sierbar, ist. So sind besonders geeignet für eine nachträgliche Sterilisation Heißschmelzklebemassen auf Blockcopolymerbasis, welche keine Doppelbindungen enthalten. Dieses gilt insbesondere für Styrol-Butylen-Ethylen-Styrol-Blockcopolymerisate oder Sty- rol-Butylen-Styrol-Blockcopolymerisate. Es treten hierbei keine für die Anwendung, signifi- kanten Änderungen in den Klebeeigenschaften auf.
Es eignet sich auch hervorragend für technische reversible Fixierungen, welche beim Abziehen keine Verletzung oder Beschädigung von diversen Untergründen, wie Papier, Kunststoffe, Glas, Textilien, Holz, Metalle oder Mineralien, zulassen. Schließlich können technisch permanente Verklebungen hergestellt werden, welche nur unter teilweiser Spaltung des Untergrundes getrennt werden können.
Anhand einer Figur soll eine vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt werden, ohne damit die Erfindung unnötig beschränken zu wollen.
Es zeigt
Figur 1: einen Ausschnitt aus einer Siebdruckbeschichtungseinheit, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Siebdruckbeschichtungseinheit, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet. Das Trägermaterial 10 wird in einen Spalt zwischen dem Sieb 8 (Drehrichtung 9) und der Gegendruckwalze 11 (Drehrichtung 12) geführt. Durch das Sieb 8 wird das Trägermaterial 10 mit einem Fluid beschichtet. Dabei strömt das Fluid durch ein axial im Düsengrundkörper 1 liegendes Verteilrohr 2 über den Steigspalt 4 zum Durchtrittspunkt durch das Sieb 13.
Der Düsengrundkörper und damit das Fluid wird durch Thermalöl beheizt, welches durch entsprechende Bohrungen 3 geführt wird. Angebaut an die Düse sind erfindungsgemäß nur auf einen Sektor des Siebes wirkende Heizplatten 5 und 6, die durch Elektroheiz- stäbe 7 beheizt werden. Diese sind in Drehrichtung des Siebes sowohl vor wie auch hinter dem Durchtrittspunkt des Fluids angeordnet.
Beispiel
In einer Rotationssiebdruckmaschine von 1m Beschichtungsbreite, die mit den üblichen Einrichtungen zum Führen einer Endlosbahn wie Abrollung, Aufrollung Bahnkantensteuerung und Bahnspannungsmesssystemen ausgestattet ist, und deren Beschichtungsteii aus einem rotierenden Rundsieb, einer darin befindlichen Düse und einer Gegendruck- walze, mit der das Sieb an die Beschichtungsdüse angedrückt wird, besteht, wird ein thermoplastischer Kleber auf eine Papierbahn beschichtet. • Verarbeitungstemperatur in Zuführsystem und Düse 140 °C
• Verarbeitungstemperatur im Bereich Sieblöcher 150 °C
• Flächengewicht der Papierbahn 65 g/qm
• Sieb 40 mesh, Lochgröße 0,3 mm.
Die Heizelemente sind wie folgt ausgeführt:
• Kreissegment an Düse vor Austrittsöffnung:
• Winkel des Kreissegments 60 Grad • Radius des Kreissegments Siebradius, bis 0,1 mm kleiner als Siebradius
• Heizung des Kreissegments elektrisch, 12 kW
• Kreissegment an Düse nach Austrittsöffnung:
• Winkel des Kreissegments 60 Grad • Radius des Kreissegments Siebradius, bis 0,03 mm kleiner als Siebradius
• Heizung des Kreissegments elektrisch, 12 kW
• außen liegende Heizplatte vor Austrittsöffnung::
• Winkel des Kreissegments 54 Grad • Radius des Kreissegments Siebradius, bis 0,1 mm größer als Siebradius
• Heizung des Kreissegments elektrisch, 12 kW
Es wurden ausschließlich die beschriebenen Heizelemente zur Siebheizung verwendet.
Mit dieser Vorrichtung ließ sich ein Auftragsgewicht von 40 g/qm erzielen. Die Temperaturbelastung konnte auf der für diese Siebe unterkritischen Temperatur von 150 Grad gehalten werden. Eine Beschichtung von mehreren zehntausend Quadratmetern der Stoffbahn mit einer Geschwindigkeit von 50 m/min konnte ohne erkennbare Schäden oder Verschleißspuren an Sieb oder Siebheizung durchgeführt werden. Berührungen zwischen der Beschichtungsdüse und dem Sieb auf Grund von Torsionen führten zu keiner Zerstörung des Siebs. In einer nachfolgenden chemischen Untersuchung des Klebers konnten keinerlei Anhaltspunkte für eine chemische Zersetzung gefunden werden. Die erreichbare maximale Produktionsgeschwindigkeit lag bei 100 m/min. Patentansprüche
Verfahren zum Auftragen von Flüssigkeiten, insbesondere Thermoplasten, auf ein Substrat, wobei die Substanz aufgeschmolzen, beheizt und mittels einer Düse oder eines Rakels durch einen perforierten Zylinder auf ein Trägermaterial aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der perforierte Zylinder in dem Kreisbogensegment des Zylinders beheizt wird, in dem der Durchtritt der Flüssigkeit durch den Zylinder erfolgt, wobei das Kreisbogensegment einen Winkel von bis zu 180°, bevorzugt von 5° bis 90° bezogen auf den Siebmittelpunkt abdeckt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das beheizte Kreisbogensegment in Drehrichtung des perforierten Zylinders beiderseits des Durchtritts der Flüssigkeit angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der perforierte Zylinder in dem Kreisbogensegment, in dem der Durchtritt der Flüssigkeit durch den perforierten Zylinder erfolgt, durch eine oder mehrere Heizplatten beheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizplatte mindestens über Teilbereiche des Kreisbogensegments in Kontakt zum Sieb steht oder einen
Abstand von nicht mehr als 3 mm, bevorzugt bis 0,1 mm, aufweist.
Verfahren nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizplatte an der Innenseite des Siebes, an der Außenseite des Siebes oder an beiden Seiten des Siebes angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass außen angebrachte Heizplatten der Rundung des Siebs folgen und ein Kreissegment jeweils vor dem Durchtrittspunkt des Klebers durch den perforierten Zylinder bilden, das einen Winkel bildet, der 5° bis 10°, bevorzugt 6° bis 7°, kleiner ist als der Winkel, den die innerhalb des Siebes liegenden Heizplatten bilden.
Verfahren nach Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Heizplatten an der Düse, durch die das Thermoplast in den perforierten Zylinder eingebracht wird, befestigt sind oder dass die Düse in dem Kreisbogensegment des Durchtritts der Flüssigkeit selbst als Heizelement ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement oder der Bereich der Düse der als Heizelement ausgeführt ist, mindestens teilweise bruchlos in die seitliche Begrenzungslippe der Düsenaustrittsöffnung übergeht.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizplatte zumindest teilweise durch die Flüssigkeit selbst beheizt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial eine Walze oder ein Gurtband mit abhäsiver Oberfläche ist, wobei die abhäsive Oberfläche insbesondere aus einer Beschichtung aus Silikone oder Fluor enthaltenden Verbindungen oder plasmabeschichteten Trennsystemen besteht, die ganz besonders mit einem Flächengewicht von 0,001 g/m2 bis 3000 g/m2 aufgetragen wird, bevorzugt 100 bis 2000 g/m2.
Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz bei der Verarbeitungstemperatur eine dynamische Nullvisko- sität von 0,1 Pas bis 1000 Pas, bevorzugt von 1 Pas bis 500 Pas aufweist.
Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz eine Lösung, eine Dispersion, ein Präpolymer oder ein thermoplastisches Polymer ist, bevorzugt ein Schmelzkleber ist, besonders bevorzugt ein Schmelzhaftkleber ist.
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