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DE102006059462A1 - Hot melt für Mikrowellen-Erwärmung - Google Patents

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DE102006059462A1
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adhesive
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microwave radiation
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DE102006059462A
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English (en)
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Marcel Dr. Roth
Petra Padurschel
Erik Niehaus
Gunter Hoffmann
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Henkel AG and Co KGaA
Original Assignee
Henkel AG and Co KGaA
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Publication date
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Priority to EP07820583A priority patent/EP2089464A1/de
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Abstract

Es wird ein Verfahren zum lösbaren Verkleben von Substraten beschrieben, wobei der Klebstoff auf Basis von nicht reaktiven Polymeren besteht, die mindestens 50 Gew.-% eines Ethylenvinylacetatcopolymeren enthalten sowie 0,05 bis 15 Gew.% von Polyolen mit einem Siedepunkt oberhalb von 120°C. Die entsprechende Verklebung kann durch Mikrowellenstrahlung erwärmt werden, wobei der Erweitungsbereich des Schmelzklebstoffs überschritten wird und die Verklebung der beiden Substratflächen voneinander getrennt werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen nicht vernetzenden Heißschmelzklebstoff, der bei Bestrahlung mit Mikrowellen sich erwärmt und seine Klebstoffeigenschaften verliert. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verkleben von Verpackungen mit nicht reaktiven Schmelzklebstoffen, wobei die Verklebung durch Erwärmen mit Mikrowellen wieder gelöst werden kann.
  • Nicht reaktive Schmelzklebstoffe sind bekannt. So werden in der EP 1124911 Schmelzklebstoffe beschrieben, die auf Basis von Poly-α-Olefinen hergestellt werden. Diese werden insbesondere für den Auftrag des Schmelzklebstoffs durch Sprühen beschrieben. Die EP 388712 beschreibt Schmelzklebstoffe auf Basis von Ethylen-Acrylsäure-Acrylester-Copolymeren. Diese Copolymeren dienen zur Verklebung von festen Substraten. Weiterhin werden in der EP 890584 Schmelzklebstoffe beschrieben, die auf Basis von Polyolefinen bestehen, die durch eine Metallocen-katalysierte Synthese hergestellt werden. Solche Schmelzklebstoffe zeichnen sich durch eine besonders enge Molekulargewichtsverteilung und durch einen engen Schmelzbereich aus.
  • In der EP 498998 wird ein Verfahren zum Erwärmen von Polymermaterial beschrieben, wobei das Polymermaterial dispergierte ferromagnetische Teilchen enthält. Diese Mischungen können durch Mikrowellenbestrahlung erwärmt werden, so dass die Schmelztemperatur des Polymermaterials überschritten wird. In der EP 629490 werden in der Wärme schmelzbare oder vernetzbare Polymere beschrieben, die fein verteilten Pulver aus Substanzen enthalten, die Dipole bilden und für Mikrowellenstrahlung sensibel sind. Die Zusammensetzungen werden nicht weiter spezifiziert.
  • Weiterhin ist die DE 19 924 138 bekannt, in der Schmelzklebstoffzusammensetzung beschrieben werden, die nanoskalige ferromagnetische Teilchen enthalten. Es wird beschrieben, dass solche Klebverbindungen durch Einwirkung elektromagnetischer Strahlung erwärmt werden können, wobei sich die Klebeverbindung dann leicht lösbar ist.
  • Weiterhin ist die WO 92/09503 bekannt. In dieser werden Verpackungseinheiten beschrieben, die für Mikrowellenstrahlung durchlässig sind und einen Heißschmelzklebstoff enthalten, der durch Mikrowellen erwärmbar ist und dann in den flüssigen Zustand übergeht. Die dort beschriebenen Verfahren, um durch Mikrowellenstrahlung aktivierbare Schmelzklebstoffe zu erhalten, schließen Additive ein, die Wasser im Polymeren festhalten oder hygroskopische Wasser zurückhaltende Substanzen. Als Nachteil wird festgestellt, dass solche Additive die Eigenschaften des Schmelzklebstoffs negativ beeinflussen. Weiterhin werden dort feste Additive beschrieben, wie beispielsweise Ruß, die zugemischt den Schmelzklebstoff durch Mikrowellenstrahlung erwärmbar machen. Im Einzelnen werden verschiedene partikelförmige Substanzen aufgeführt, die als solche durch Mikrowellenstrahlung erwärmt werden können und dem Schmelzklebstoff beigemischt werden.
  • Die genannten Verfahren haben den Nachteil, dass solche zugesetzten festen Additive im Allgemeinen das Aussehen des Schmelzklebstoffs negativ beeinflussen. Weiterhin sind solche Substanzen teuer. Ebenso sind solche Substanzen häufig nicht in Verbindung mit Lebensmittelverpackungen gestattet. Das Festhalten von Wasser im Schmelzklebstoff für zu schlechte Verklebungseigenschaften, kann beim Erwärmen Blasen hervorrufen oder die Kohäsion negativ beeinflussen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deswegen einen Schmelzklebstoff zur Verfügung zu stellen, der zum Verkleben von Verpackungen im Lebensmittelsektor geeignet ist, der durch Anwendung von Mikrowellenstrahlung erwärmbar ist und die damit hergestellte Verklebung lösbar ist.
  • Die Erfindung wird gelöst durch einen nicht reaktiven thermoplastischenSchmelzklebstoff, der durch Mikrowellenstrahlung erwärmbar ist, dadurchgekennzeichnet, dass mindestens 50 Gew.-% bezogen auf die Menge der Basispolymeren eines thermoplastischen Polymeren aus Ethylen-Vinylacetat enthalten sind, ggf. zusätzlich thermoplastische, polare Gruppen enthaltende Polymere, sowie 0,5 bis 15 Gew.-% von Polyolen mit einem Siedepunkt oberhalb von 120°C.
  • Weiterhin wird ein Verfahren zum Verkleben von Substraten mit durch Mikroesellenstrahlung erwärmbaren nicht reaktiven Schmelzklebstoffen beschrieben, wobei der Schmelzklebstoff mindestens 50 Gew.-% Ethylenvinylacetatcopolymere enthält, ggf. zusätzlich thermoplastische Polymere enthält, die polare Gruppen aufweisen, sowie 0,5 bis 15 Gew.-% von Polyolen mit einem Siedepunkt oberhalb von 120°C, wobei die Verklebung durch Bestrahlen der verklebten Substrate mit Mikrowellenstrahlung lösbar ist.
  • Nicht vernetzende Schmelzklebstoffe enthalten üblicherweise 15 bis 80 Gew.-% an thermoplastischen Basispolymeren, die dem Klebstoff die Grundeigenschaften verleihen, wie Schmelzviskosität und Schmelzverhalten, Haftung und Stabilität. Es ist erfindungswesentlich, dass mindestens 50 Gew.-% der Basispolymeren aus Ethylenvinylacetat-Copolymeren bestehen. Insbesondere sind Schmelzklebstoffe geeignet, die zu mindestens 70 Gew.-% thermoplastischen EVA-Polymere enthalten, bezogen auf die Menge der Basispolymere.
  • Ethylenvinylacetat(EVA-)Polymere sind allgemein verbreitet. Es handelt sich dabei um Copolymere auf Basis von Vinylacetat und Ethylen, die ggf. noch weitere einpolymerisierbare Monomere enthalten können. Diese sollen im allgemeinen kristallin oder teilkristallin sein und einen Erweichungspunkt oberhalb von 50°C aufweisen. Dabei soll der Vinylacetatgehalt zwischen 10 bis 50 Gew.-% liegen, be vorzugt zwischen 15 und 40 Gew.-%. Durch die Auswahl der Monomeren können wichtige funktionelle Parameter wie Glasübergangstemperatur (TG), Schmelzpunkt oder Erweichungspunkt beeinflusst werden.
  • Zusätzlich können weitere Monomere enthalten sein, wie beispielsweise C3 bis C10 ungesättigte Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Isocrotonsäure; α-β-ungesättigte C4 bis C10-Alkylendicarbonsäuren, wie Maleinsäure, Fumarsäure oder Itaconsäure.
  • Weitere Monomere, die in dem EVA einpolymerisiert sein können, sind beispielsweise C1 bis C15 Alkylvinylester, C1 bis C15 Alkyl(meth)acrylat, C1 bis C15 Alkylester von Dicarbonsäuren, beispielsweise wie Alkylfumerat, Methyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrlyat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat; C1 bis C6 Hydroxyalkyl(meth)acrylat, wie Hydroxyethyl- oder Hydroxypropyl(meth)acrylat; Acrylnitril, Acrylamid, Methacrylamid, N-methylol-Acrylamid. Solche Monomere können in Mengen von 0,2 bis 10 Gew.-%, insbesondere bis 5 Gew.-% in dem EVA-Copolymeren enthalten sein. Das Molekulargewicht (MN) solcher EVA-Polymere beträgt üblicherweise zwischen 3000 bis 200000 g/mol, insbesondere bis zu 100000 g/mol (zahlenmittleres Molekulargewicht (MN), wie durch Gelpermeationschromatographie erhältlich).
  • Die Auswahl der EVA-Polymere, Verfahren zu ihrer Herstellung und geeignete Comonomere sind dem Fachmann bekannt. Er kann sie nach anwendungstechnischen Eigenschaften, z. B. der Schmelztemperatur, Schmelzviskosität, Haftungseigenschaften oder Verträglichkeit mit anderen Bestandteilen, auswählen.
  • In einem erfindungsgemäß geeigneten Schmelzklebstoff können noch anteilig zusätzliche Schmelzklebstoff-Basispolymere, von EVA-Polymeren unterschiedliche Polymere, enthalten sein. Unter solchen Schmelzklebstoff-Basispolymeren werden thermoplastische synthetische Polymere verstanden, die für Schmelzklebstoffe wichtige Eigenschaften wie Haftung, Festigkeit und Temperaturverhalten im wesentlichen bestimmen. Beispiele für solche Polymere sind Polyamidharze, Copoly amide, Polyetheramide, Polyesteramide, Polyester, Polyether, Polycarbonate; thermoplastische Elastomere; reaktive und nicht reaktive lineare oder verzweigte thermoplastische Polyurethane; Polymerisate, wie Ethylen/Acrylat-, Propylen/Hexen-, SIS-, SBS-, SEBS-Copolymere; Polyolefine, wie amorphe α-Olefin-Copolymere (APAO), semikristalline Polyolefine, insbesondere Propylen-(PP) oder Ethylen-(PE)Copolymere.
  • Für erfindungsgemäß geeignete Schmelzklebstoffe sind insbesondere nicht reaktiven polare Schmelzklebstoff-Basispolymere geeignet, beispielsweise polar modifiziertes Polyethylen oder Polypropylen, Polyamide, Polyester, Polyesteramide, durch Metallocenkatalyse hergestellte Polyolefin-Copolymere, Polyurethane. Insbesondere geeignet sind Polymere, die eine hohe Anzahl von polare Gruppen in der Struktur aufweisen. Beispiele für solche Strukturen sind Urethan- oder Harnstoffgruppen, Carboxyl-, Ester- oder Amidgruppen, OH- oder NH-Gruppen. Solche Polymere sind dem Fachmann bekannt.
  • Der Schmelzklebstoff kann in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen zusätzlich mindestens ein thermoplastisches Basispolymer, ausgewählt aus den oben angegebenen Klassen, mit einem Molekulargewicht von 2000 bis 200000 g/mol enthalten. Es ist jedoch darauf zu achten, dass die verschiedenen Polymere eine im Wesentlichen homogene Mischung bei der Verarbeitung und bei der Verklebung ergeben, d. h. beim Aufschmelzen oder Lagerung soll keine Phasentrennung auftreten, so dass eine homogene Verklebung sichergestellt ist. Die Menge der zusätzlichen thermoplastischen Basispolymere soll 0 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 0-30 Gew.-% bezogen auf den Basispolymeranteil betragen.
  • Insbesondere werden solche Polymere ausgewählt, die keine gesundheitlichen bedenklichen Substanzen enthalten, unter anderem auch wenig niedermolekulare migrationsfähige Substanzen. Diese sollen bevorzugt für eine Verwendung in der Lebensmittelindustrie zugelassen sein.
  • Erfindungsgemäß ist es wesentlich, dass der Schmelzklebstoff zwischen 0,5 bis 15% mindestens eines Polyols enthält, der einen Siedepunkt oberhalb von 120°C aufweist. Als Polyole kommen die üblichen bekannten zwei, drei oder mehrfach funktionellen Alkohole in Frage. Sie können bei Raumtemperatur fest sein oder sie sind flüssig. Beispiele für solche Alkohole sind Diole oder Triole, wie Glykol, Dietylenglykol, Triethylenglykol, Glycerin, ethoxylierte Glycerinderivate, Neopentylglykol, Trimetylolpropan, Trimethylolethan, Pentaerythrit, Hexantriol oder Zuckeralkohole auf Basis von Hexosen oder Pentosen, wie Glucose, Mannitol, Sorbitol, Xylose, Arabinose. Es können auch Gemische verschiedener Alkohole eingesetzt werden. Es können auch niedrigmolekulare Polyvinylalkohole eingesetzt werden.
  • Der Siedepunkt der eingesetzten Polyole sollen insbesondere so gewählt werden, dass er oberhalb der Schmelztemperatur des Schmelzklebstoffs liegt. Insbesondere soll er oberhalb von 150°C betragen, insbesondere oberhalb von 200°C. Die Obergrenze kann bis zu 350°C betragen oder der Alkohol zersetzt sich bei hoher Temperatur. Es ist zweckmäßig, wenn die ausgewählten Polyole bei der Verwendung von Verpackungen und Klebstoffe für Verpackungen für die Lebensmittelindustrie zugelassen sind.
  • Insbesondere sollen die Polyole ein Molekulargewicht unter 1000 aufweisen, bevorzugt unter 700, insbesondere unter 400. Sie können insbesondere bei 20°C fest sein, es kann sich jedoch auch um flüssige Substanzen handeln. Das Dipolmoment der Polyole soll hoch sein, beispielsweise oberhalb von 1,85 Debye, insbesondere oberhalb von 2,3 Debye. Eine besondere Ausführungsform setzt drei- bis sechswertige Alkohole ein.
  • Zusätzlich zu den erfindungsgemäß notwendigen Bestandteilen, wie EVA-Polymer, ggf. zusätzlichen thermoplastischen Polymeren, und Polyolen mit einem Siedepunkt oberhalb von 120°C, können die Schmelzklebstoffe weitere Bestandteile enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der erfindungsgemäße Schmelzklebstoff mindestens ein klebrigmachendes Harz.
  • Das Harz bewirkt eine zusätzliche Klebrigkeit und verbessert die Verträglichkeit der Schmelzklebstoff-Komponenten. Es handelt sich dabei insbesondere um Harze, die einen Erweichungspunkt von 70 bis 140°C (Ring-Ball-Methode, DIN 52011) besitzen. Es sind dieses beispielsweise aromatische, aliphatische oder cycloaliphatische Kohlenwasserstoff-Harze, sowie modifizierte oder hydrierte Versionen davon. Beispiele hierfür sind aliphatische oder alicyclische Petroleum-Kohlenwasserstoffharze und hydrierte Derivate. Weitere, im Rahmen der Erfindung geeignete Harze sind Hydroabietylalkohol und seine Ester, insbesondere seine Ester mit aromatischen Carbonsäuren wie Terephthalsäure und Phthalsäure; vorzugsweise modifizierte Naturharze, wie Harzsäuren aus Balsamharz, Tallharz oder Wurzelharz, z. B. vollverseiftes Balsamharz oder Alkylester von gegebenenfalls teilhydriertem Kolophonium mit niedrigen Erweichungspunkten wie z. B. Methyl-, Diethylenglykol-, Glycerin- und Pentaerythrit-Ester; Terpen-Harze, insbesondere Copolymere des Terpens, wie Styrol-Terpene, α-Methyl-Styrol-Terpene, Phenol-modifizierte Terpenharze sowie hydrierte Derivate davon; Acrylsäure-Copolymerisate, vorzugsweise Styrol-Acrylsäure-Copolymere und Umsetzungsprodukte auf Basis funktioneller Kohlenwasserstoffharze. Bevorzugt ist es, partiell polymerisiertes Tallharz, hydrierte Kohlenwasserstoffharze oder Kolophoniumglycerinester einzeln oder im Gemisch einzusetzen.
  • Das Harz besitzt ein niedriges Molekulargewicht von unterhalb 2000 g/mol, insbesondere unterhalb von 1500 g/mol. Es kann chemisch inert sein oder sie kann ggf. noch funktionelle Gruppen enthalten, wie beispielsweise OH-Gruppen, Carboxylgruppen oder Doppelbindungen. Die Menge des Harzes soll zwischen 0 bis 40 Gew.-% bezogen auf den Schmelzklebstoff betragen, insbesondere 5 bis 30 Gew.-%. Mit den Harzen kann auch eine Verträglichkeit der Polyol-Bestandteile mit den Basispolymeren verbessert werden.
  • Als weitere Bestandteile sind in dem erfindungsgemäßen Schmelzhaftklebstoff Additive enthalten, die bestimmte Eigenschaften des Klebstoffs beeinflussen können, wie z. B. Kohäsionsfestigkeit, Viskosität, Erweichungspunkt oder Verarbei tungsviskosität. Darunter sind beispielsweise Weichmacher, Stabilisatoren, Wachse, Haftvermittler, Antioxidantien oder ähnliche Zusatzstoffe zu verstehen. Die Menge soll bis zu 30 Gew.-% betragen. Es können auch mehrere Additive als Gemisch eingesetzt werden. Weiterhin können Füllstoffe zur Festigkeitserhöhung eingesetzt werden.
  • Weichmacher werden vorzugsweise zum Einstellen der Viskosität oder der Flexibilität verwendet und sind im allgemeinen in einer Konzentration von 0-20 Gew.-%, vorzugsweise von 2-15 Gew.-% enthalten. Geeignete Weichmacher sind beispielsweise medizinische Weißöle, naphtenische Mineralöle, Polypropylen-, Polybuten-, Polyisopren-Oligomere, hydrierte Polyisopren- und/oder Polybutadien-Oligomere, Benzoatester, Phthalate, Adipate, pflanzliche oder tierische Öle und deren Derivate. Hydrierte Weichmacher werden beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe der paraffinischen Kohlenwasserstofföle. Auch Polypropylenglykol und Polybutylenglykol, sowie Polymethylenglykol sind geeignet. Ggf. werden auch Ester als Weichmacher eingesetzt, z. B. flüssige Polyester und Glycerinester oder Weichmacher auf Basis aromatischer Dicarbonsäureester. Ebenso können auch Alkylmonoamine und Fettsäuren mit vorzugsweise 8 bis 36 C-Atomen geeignet sein.
  • Gegebenenfalls können dem Schmelzklebstoff Wachse in Mengen von 0 bis 20 Gew.-% zugegeben werden. Die Menge ist dabei so bemessen, dass einerseits die Viskosität auf den gewünschten Bereich abgesenkt wird, andererseits aber die Adhäsion nicht negativ beeinflusst wird. Das Wachs kann natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein. Als natürliche Wachse können pflanzliche Wachse, tierische Wachse, Mineralwachse oder petrochemische Wachse eingesetzt werden. Als chemisch modifizierte Wachse können Hartwachse wie Montanesterwachse, Sarsolwachse usw. eingesetzt werden. Als synthetische Wachse finden Polyalkylenwachse sowie Polyethylenglykolwachse Verwendung. Vorzugsweise werden petrochemische Wachse wie Petrolatum, Mikrowachse sowie synthetische Wachse, insbesondere Polyethylenwachse, Polypropylenwachse, ggf. PE oder PP- Copolymere, Fischer-Tropsch-Harze, Paraffinwachse oder mikrokristalline Wachse eingesetzt.
  • Eine weitere Gruppe von Additiven sind Stabilisatoren. Sie haben die Aufgabe, die Polymere während der Verarbeitung vor Zersetzung zu schützen. Hier sind insbesondere die Antioxidantien zu nennen. Sie werden üblicherweise in Mengen bis zu 3 Gew.-%, vorzugsweise in Mengen von etwa 0,1 bis 1,0 Gew.-% dem Schmelzhaftklebstoff beigefügt. Solche Additive sind dem Fachmann im Prinzip bekannt. Er kann eine Auswahl nach den erwünschten Eigenschaften des Schmelzklebstoffs treffen.
  • Eine besondere Ausführungsform der Erfindung setzt in einem erfindungsgemäßen Schmelzklebstoff zusätzlich zu dem Polyol oder dem Polyolgemisch Pigmente ein, die für Mikrowellenstrahlung empfindlich sind. Beispiele für solche Pigmente sind Ruß, Eisenoxidpigmente, fein verteilte Eisenpigmente. Es kann sich dabei um übliche fein verteilte Pigmente handeln mit einer Korngröße zwischen 0,2 bis 5 μm, oder es handelt sich um nanoskalige Pigmente. Diese können in einer Menge von 0,5 bis 10 Gew.-%, insbesondere 1 bis 5 Gew.-% bezogen auf den gesamten Schmelzklebstoff eingesetzt werden.
  • Die Herstellung der Schmelzklebstoffe geschieht nach bekannten Verfahren. Beispielsweise können die Polymere vorgelegt und geschmolzen werden, danach werden dann die Harze und/oder die Polyole zugegeben. Anschließend können die Additiven zugemischt werden. Ein Mischen kann mit bekannten Mischaggregaten, z. B. beheizten Rührkesseln oder Dissolvern stattfinden, ebenso ist es möglich, dass in Knetern oder in Extrudern die Komponenten des Schmelzklebstoffs geschmolzen und gemischt werden. Solche Verfahren sind dem Fachmann bekannt und bedürfen keiner näheren Erläuterung. Nach dem Mischen kann der Schmelzklebstoff abgekühlt, portioniert und verpackt werden.
  • Durch die Auswahl der Polyole mit hohem Siedepunkt wird sichergestellt, dass bei der Herstellung oder bei dem Applizieren des Schmelzklebstoffs keine Blasen ent stehen. Damit wird eine Verschmutzung der Applikationsgeräte vermieden, ebenso wird eine einheitliche Klebeschicht und eine ausreichende Verklebung sichergestellt.
  • Der erfindungsgemäße Schmelzklebstoff soll im Wesentlichen frei von Wasser oder niedrigsiedenden Alkoholen sein. Solche Substanzen sollen nur im dem Maße vorhanden sein, wie sie als Verunreinigungen bei den Ausgangsrohstoffen enthalten sind. Eine weitere Verminderung dieser Verunreinigungen kann auch durch den Herstellungsprozess erzielt werden, wobei die Mischungen auf Temperaturen oberhalb von 100°C erwärmt werden und/oder im Vakuum entgast werden.
  • Das Applikationsverfahren ist abhängig von der Art des zu verklebenden Substrats und den geeigneten Maschinen dafür. Es kann sich um punktförmigen Auftrag, flächenförmigen Auftrag oder streifenförmigen Auftrag handeln. Das Auftragen kann durch bekannte Apparaturen geschehen, beispielsweise durch Applikation über Sprühdüsen oder Auftragsdüsen, durch Breitschlitzdüsen, Rakel oder durch Walzenauftragssysteme geschehen.
  • Die erfindungsgemäßen Schmelzklebstoffe weisen eine Viskosität auf, die auf das Auftragsverfahren abgestimmt sind. Dabei besitzen die Schmelzklebstoffe eine Viskosität von 100 bis 30000 mPas, vorzugsweise 300 bis 20000 mPas, insbesondere 500 bis 10000 mPas bei einer Temperatur von 160°C (Viskosität gemessen mit Brookfield Thermosel, Spindel 27, bei angegebener Temperatur). Besonders geeignet sind Schmelzklebstoffe, die bei Applikationstemperatur, z. B. bei 100 bis 150°C, eine Viskosität zwischen 500 bis 10000 mPas aufweisen, insbesondere bis 5000 mPas.
  • Bei der Anwendung ist es zweckmäßig, einen Schmelzklebstoff mit möglichst geringer Viskosität bei Applikationstemperatur zu verwenden. Dadurch wird eine bessere Auftragbarkeit sowie eine leichtere Förderbarkeit des Schmelzklebstoffs gewährleistet. Ebenso wird die Benetzung des Substrats dadurch gefördert. Nach dem Auftragen auf eine Substratoberfläche muss die der Luft zugewandte Seite des Schmelzklebstoffs möglichst lange klebrig und haftfähig bleiben. Durch die Auswahl der erfindungsgemäß einzusetzenden Polymerkomponenten wird eine lange Offenzeit erhalten, d. h. auch ein Verbinden mit der zweiten Substratoberfläche ist noch nach einem größeren Zeitraum gegeben. Nachdem beide Substrate auf den Schmelzklebstoff gepresst wurden, wird eine relativ kurze Abbindezeit des Schmelzklebstoffs erzielt.
  • Die erfindungsgemäßen Schmelzklebstoffe zeigen unter Mikrowellenbestrahlung eine schnelle Aufheizrate. Die Aufheizrate ist auch in dünnen Schichten zu erzielen. Die Aufheizrate soll gemessen in einer Schicht von 1 mm Schichtstärke in einem handelsüblichen Mikrowellenofen mit einer Leistung von 700 Watt mindestens 20°C pro Minute betragen, insbesondere mindestens 30°C pro Minute. Dabei sollen Temperaturen über 80°C, insbesondere über 100°C, besonders über 150°C erzielt werden.
  • Die erfindungsgemäßen Schmelzklebstoffe werden zum Verkleben von Substraten wie unlackiertes oder beschichtetes Papier bzw. entsprechende Pappen, Folien, Kunststoffe oder Glas verwendet, sowie für andere Substrate. Daraus können insbesondere Behälter, wie Faltschachteln, Umkartons, trays, folienförmige Verpackung hergestellt werden. Die erfindungsgemäßen Schmelzklebstoffe zeichnen sich insbesondere durch eine sehr gute Adhäsion auf den vorgenannten Substraten aus. Eine besondere Eignung ist für solche Verklebungen festzustellen, die tiefen Temperaturen bei Lagerung ausgesetzt werden. Die so verklebten Flächen bleiben auch bei niedriger Temperatur flexibel. Zusätzlich zeigen die mit einem erfindungsgemäßen Klebstoff hergestellten Verklebungen eine gute Verbundfestigkeit ohne an Flexibilität zu verlieren, zu kriechen oder einen spürbaren Kohäsionsverlust aufzuweisen.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, um verklebte Verpackungen durch Mikrowellenstrahlung wieder zu öffnen. Dabei werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zwei Substratflächen durch einen erfindungsgemäßen Schmelzklebstoff verklebt. Dabei ist es möglich die verklebten Flächen durch eine punktweise Verklebung zu fixieren, ebenso ist es möglich einen geschlossenen Film zwischen beiden zu verklebenden Substratflächen zu erzeugen, es kann auch eine Öffnung in einer Substratfläche mit einem Klebstofftropfen verschlossen werden. Für den Fall, dass die verklebte Naht eine Verpackung verschließt, wirkt die Klebstoffschicht gegen Diffusion von Flüssigkeit oder Gasen zwischen dem Inneren der Verpackung und der Außenseite als Abdichtung. Eine Verunreinigung zwischen Innen- und Außenseite soll verhindert werden. Die Klebstoffschicht zeigt eine gute Adhäsion zu beiden Substraten, so dass diese unter üblichen Herstell- und Lagertemperaturen zwischen –30 und +50°C aneinanderhaften. Die Klebstoffschicht wird in einer Dicke von 1 bis 500 μm aufgebracht.
  • Wird die aufgetragene Schicht des Schmelzklebstoffs nach Lagerung mit elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich bestrahlt, heizt sich die dünne Klebstoffschicht auf. Dadurch wird Kohäsion oder Adhäsion des Klebstoffs zum Substrat geschwächt, und es ist möglich die Klebeverbindung zu öffnen.
  • Im Gegensatz zu den bekannten Schmelzklebstoffen ist es überraschend, dass auch eine dünne Schicht des Schmelzklebstoffs sich in kurzer Zeit durch Mikrowellenstrahlung soweit erwärmen lässt, dass die Kohäsions/Adhäsionskraft deutlich vermindert wird. Die Erwärmung soll dabei auf eine Temperatur zwischen 80 bis 250°C geschehen, insbesondere auf eine Temperatur zwischen 100 und 180°C. Die Erwärmung kann je nach Ausgestaltung der Strahlungsquelle in einer Zeit zwischen 30 Sekunden bis zu 20 Minuten geschehen.
  • Insbesondere sind der erfindungsgemäße Schmelzklebstoff und das Verfahren zum Verschließen von zwei Substratteilen einer Verpackung geeignet, die Lebensmittel oder ähnliche Gegenstände enthalten. Es ist dann möglich solche Verpackungen insgesamt mit Mikrowellenstrahlung zu erwärmen, wobei die mit dem erfindungsgemäßen Klebstoff verklebten Substratteile erwärmt werden und wieder zu öffnen sind. Gegebenenfalls ist es auch möglich nur die verklebte Fläche mit Mikrowellenstrahlung zu Erwärmen und nur dort die dünne Klebstoffschicht zu erweichen.
  • Der Schmelzklebstoff für das erfindungsgemäße Verfahren soll keine unter diesen Bedingungen schnell verdampfenden Substanzen enthalten. Damit kann sichergestellt werden, dass beim Erwärmen keine Blasenbildung und Spritzer erfolgen und durch die Schmelzklebstoffnaht keine Verunreinigung des Inhalts der Verpackung geschieht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zum Verkleben von Verpackungen geeignet, die wieder geöffnet werden sollen. Die erfindungsgemäßen Schmelzklebstoffe können durch Erwärmen in Mikrowellenstrahlung einfach wieder über ihren Erweichungspunkt erhitzt werden, auch in Gegenwart des Füllguts. Dabei wird die Kohäsion der Klebstoffschicht zwischen den beiden Substratteilen vermindert. Danach ist es möglich, die beiden verklebten Substratteile mechanisch voneinander zu trennen. Es ist in einer anderen bevorzugten Ausführungsform auch möglich, dass durch das Erwärmen der Verpackung zwischen den beiden verklebten Substratteilen eine mechanische Spannung auftritt. In diesem Falle ist es möglich, dass aufgrund der entstehenden Spannungen die verklebte Stelle ohne zusätzlich mechanische Einwirkung von selbst wieder aufgeht. Die Spannung kann durch die Erwärmung der Verpackung durch das Substratmaterial entstehen, es ist auch möglich, dass eine konstruktive Spannung dauerhaft vorliegt, die im verklebten Zustand durch die Klebestelle fixiert wird.
  • In einer Ausgestaltung der zu verklebenden Substrate ist es ebenfalls möglich, Verpackungen herzustellen, die bei üblichen Lagerbedingungen verschlossen sind, an einer Stelle jedoch eine mit einem erfindungsgemäßen Klebstoff verschlossenen Öffnung aufweisen. Wird eine Verpackung, die zumindest teilweise mit einem erfindungsgemäßen Schmelzklebstoff verklebt ist oder eine entspre chende Öffnung aufweist, mit dem Inhalt erwärmt, so kann sich im Inneren durch den Verpackungsinhalt einen Überdruck aufbauen. Durch die verminderte Kohäsion/Adhäsion der Verklebung ist es möglich, dass der Innendruck an vorgegebenen Bruchstellen die verklebten Substratteile voneinander trennt und so der Überdruck in die Umgebung entlassen wird.
  • Nach dem Entfernen der Verpackung aus dem Bereich der Mikrowellenstrahlung kann der Schmelzklebstoff wieder abkühlen und er verliert seine Klebrigkeit. So kann ein Tropfen, Verschmieren, Anhaften an andere Oberflächen vermieden werden. Durch die Auswahl der geeigneten Rohstoffe, die lebensmittelrechtlich oder arzneimittelrechtlich zugelassen sind, können erfindungsgemäße Klebstoffe in der Verpackung für entsprechende Produkte eingesetzt werden.
  • Der erfindungsgemäße Schmelzklebstoff zeichnet sich durch eine gute Verarbeitbarkeit und Haftung der Verklebungen aus, auch ist die Kälteflexibilität hoch. Durch ein erfindungsgemäßes Verklebungsverfahren wird ein gutes Verschließen der Klebestellen sichergestellt, wobei diese Verklebungen in der Wärme durch kurzzeitigen Energieeintrag durch Mikrowellenstrahlung wieder gelöst werden können. Dabei sind die Substratflächen leicht lösbar, alternativ trennen sich die verklebten Stellen durch vorgesehen Spannungen zwischen den Substratteilen.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend durch Beispiele näher erläutert.
  • Beispiele:
  • Alle Mengenangaben in %.
  • Die Bestandteile werden durch Erwärmen und Homogenisieren zu einem Schmelzklebstoff gemischt.
    EVA Escorene UL 40028
    Harz Escorez 5300
    Wachs Sasolwachs H1
    Additiv/Stabilisator Irganox 1010
    Nr. EVA Harz Wachs Additiv Polyol Pigment
    1. 30 45 24,9 0,1 Vergleich
    2. 35 40 19,9 0,1 Vergleich
    3. 30 42,5 22,4 0,1 5 Glycerin
    4. 35 37,5 17,4 0,1 5 Glycerin
    5. 30 42,5 19,9 0,1 2,5 Glycerin 2,5 Eisenoxidpulver
    6. 30 45 24,9 0,1 5 Polyvinylalkohol
    Viskosität (160°C, mPas)
    1. 2. 3. 4.
    950 1300 900 1250
  • Ein Karton wird mit einem Schmelzklebstoff gemäß den Beispiele 1 bis 6 beschichtet und mit einem gleichen Substrat in einer Breite von 1 cm verklebt. Die Verklebung ist nach dem Abkühlen fest, die Substrate sind durch Reißen mit der Hand nicht mehr zu Trennen ohne Substratbruch.
  • Analog werden PE-Folienstücke verklebt. Der Verbund ist auch in der Kälte flexibel.
  • Der entsprechende Verbund wird in eine Mikrowelle für eine Zeit von 5 min. gelegt.
  • Die Mikrowellenquelle hat eine Leistung von 700 Watt.
  • Nachdem Entfernen der Verklebung aus der Mikrowellenstrahlung sind die verklebten Substrate durch Ziehen von Hand voneinander zu trennen.
  • Eine Probe der Beispiele 1 bis 6 (50 g) wird in einer Mikrowellenquelle erwärmt und die Temperatur gemessen. Es ist eine verbesserte Aufheizrate zu beobachten. Temperatur 100°C:
    1. 2. 3. 4. 5. 6.
    5 min 5 min 1,5 min 2 min 1,5 min 3,5 min

Claims (18)

  1. Durch Mikrowellenstrahlung erwärmbarer Schmelzklebstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzklebstoff mindestens 50 Gew.-% bezogen auf die Menge Basispolymer eines thermoplastischen Polymeren auf Ethylenvinylacetatcopolymerbasis enthält, ggf. zusätzliche thermoplastische polare Gruppen enthaltende Polymere, sowie 0,5 bis 15 Gew.-% mindestens eines Polyols mit einem Siedepunkt oberhalb von 120°C.
  2. Schmelzklebstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyol 2 bis 6-funktionelle Alkohole eingesetzt werden mit einem Siedepunkt über 150°C.
  3. Schmelzklebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzklebstoff bei Auftragstemperatur eine Viskosität von 300 mPas bis 20000 mPas besitzt.
  4. Schmelzklebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das der Schmelzklebstoff in dünner Schicht eine Aufheizrate durch Mirkowellenstrahlung von 20°C pro Minute besitzt, insbesondere 30°C pro Minute.
  5. Schmelzklebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich 0,1 bis 15 Gew.-% Pigmente enthalten sind, bevorzugt 0,5 bis 7,5 Gew.-% Ruß, Eisenpulver oder Eisenoxidpigmente wird.
  6. Schmelzklebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass 0,5 bis 40 Gew.-% bezogen auf den Schmelzklebstoff eines Harzes sowie 0 bis 20 Gew.-% Weichmacher und/oder andere Additive enthalten sind.
  7. Schmelzklebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyole ein Dipolmoment oberhalb von 1,85 aufweisen.
  8. Verfahren zum Verkleben und Öffnen von Substraten mit durch Mikrowellen erwärmbaren nicht reaktiven Schmelzklebstoffen, wobei – zwei Substratoberflächen mit einem Schmelzklebstoff verklebt werden, – die verklebten Substrafflächen unter Mikrowellenstrahlung erwärmt werden, – nach oder bei der Erwärmung die Klebstoffschicht ihre Haftung verliert und die beiden Substratteile voneinander getrennt werden können, und wobei der Schmelzklebstoff mindestens 50 Gew.-% bezogen auf die Menge Basispolymer mindestens eines Ethylenvinylacetatcopolymeren enthält, ggf. Polymeren, die polare Gruppen aufweisen, sowie 0,5 bis 15 Gew.-% von Polyolen mit einem Siedepunkt über 120°C.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzklebstoff bei Auftragstemperatur eine Viskosität von 300 mPas bis 20000 mPas besitzt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzklebstoff in einer Schichtdicke zwischen 1 bis 500 μm aufgetragen wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizrate des Schmelzklebstoffs durch die Mikrowellenstrahlung mehr als 20°C pro Minute beträgt
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzklebstoff beim Erwärmen nicht schäumt, spritzt oder keine flüchtigen Substanzen abgibt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das die Klebstoffschicht unter Erwärmung noch Kohäsion zeigt und die Substratoberflächen durch Zug/Druck getrennt werden können.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden verklebten Substratflächen unter Spannung stehen und sich während oder nach dem Erwärmen trennen.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Innenraum der Verpackung ein erhöhter Druck beim Erwärmen entwickelt und mindestens eine Verklebungsstelle löst.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyol 2 bis 6 funktionelle Alkohole mit einem Siedepunkt über 150°C enthalten sind.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyol Verbindungen mit einem Dipolmoment größer 1,85 enthalten sind.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat Folien-Verpackungen, Papier- oder Kartonverpackungen eingesetzt werden.
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