Simulation mit Silicon - Wacker Chemie AG


Simulation mit Silicon

Damit Haftetiketten einwandfrei funktionieren, müssen Trennbeschichtungen, Klebstoffe und Trägerpapiere optimal aufeinander abgestimmt sein und zu den industriellen Verarbeitungsbedingungen passen. Das testet WACKER im neuen DEHESIVE® Coating Center.

Vor dem Spenden der Etiketten wird das ausgestanzte Papier zwischen den Etiketten, das sogenannte Gitter, mit hoher Geschwindigkeit abgezogen. Mit den Siliconen der Produktfamilie DEHESIVE® SFX bleibt die Trennkraft auch beim Schnellabzug niedrig. Die Gefahr eines Gitterrisses ist damit gebannt.

Etikett ist nicht gleich Etikett: Während die Produktinformation dauerhaft am Shampoo haften soll, muss die Preisauszeichnung auf der Wassermelone reibungslos wieder abgehen. Verschiedene Klebstoffmixturen ermöglichen den spezifischen Einsatz selbsthaftender Materialien, stellen aber auch die Beschichtungsindustrie vor die Herausforderung, immer neue angepasste Siliconformulierungen für die Trägerpapiere bereitzustellen. Dazu kommt, dass auch das Substrat an sich sowie die anschließende Weiterverarbeitung für die Zusammensetzung der Trennbeschichtung eine Rolle spielen. So ist bei der automatisierten Etikettenspende von Bedeutung, dass sich das Papiergitter, das netzartig zwischen den einzelnen Etiketten liegt, problemlos entfernen lässt, ohne die Etiketten mit vom Trägerpapier zu lösen.

Im DEHESIVE® Coating Center von WACKER in Burghausen simulieren die Techniker auf 380 Quadratmetern industrielle Verarbeitungsbedingungen der Silicontrennbeschichtung und erarbeiten Beschichtungslösungen für verschiedenste Anforderungen.

Testen und Optimieren

Das Center vereint Pilotbeschichtungsanlage, Testlabor sowie eine große Auswahl der in der Industrie verwendeten Basispapiere und -folien an einem Ort. „Dank der Pilotanlage haben wir die Möglichkeit, die Beschichtungsbedingungen eines Kunden nachzustellen und DEHESIVE®-Trennformulierungen auf dem gewünschten Substrat zu testen und zu optimieren“, erklärt Dr. Hans Lautenschlager, der bei WACKER die Anwendungstechnik für Silicontrennbeschichtungen leitet. Derzeit testet das Team um Lautenschlager Formulierungen für sieben verschiedene Substrate eines Partners aus den USA. Insgesamt 30 Siliconpolymere und fünf Vernetzer stehen für die Beschichtung zur Auswahl. Individuell komponiert variieren die einzelnen Formulierungen hinsichtlich Verlaufseigenschaften, Trennkraft und Aushärtungsgeschwindigkeit.

Die Pilotbeschichtungsanlage im neuen DEHESIVE® Coating Center in Burghausen: Auf 380 Quadratmetern simulieren die WACKER-Techniker dort industrielle Verarbeitungsbedingungen bei der Silicontrennbeschichtung.

An der Pilotbeschichtungsanlage wird die 1 bis 1,3 μm dünne Schicht auf das Trägerpapier aufgetragen und anschließend in einem Schwebetrockner bei 100 bis 180 °C – je nach Materialeigenschaften – zwischen 1,2 und 18 Sekunden lang getrocknet. Dabei passen sich die WACKER-Experten exakt an die industriellen Verarbeitungsbedingungen des Kunden an.

Von großer Bedeutung ist auch die anschließende Verwendung des Trägerpapiers. In der industriellen Etikettierung landen maschinell bis zu fünf Etiketten pro Sekunde auf einer Verpackung – wie einer Shampooflasche. Die Kunst des Laminatherstellers besteht nun darin, einen Kompromiss bei der Trennkraft zwischen Etikett und Trennpapier zu finden, damit sowohl der Gitterabzug als auch das Etikettieren problemlos funktionieren.

Bei doppelseitigem Klebeband stehen die Laminathersteller vor einer anderen Herausforderung: Das Trennpapier muss auf den beiden Seiten zwei unterschiedliche Trennkräfte aufweisen, damit sich das Klebeband als Erstes an der Unterseite vom Trennpapier ablöst. Dadurch lässt sich das doppelseitige Klebeband sauber abrollen und weiterverarbeiten.

Im Labor des DEHESIVE® Coating Center ermitteln WACKER-Techniker die Trennkraftprofile von verschiedenen Beschichtungen mit den in der Branche üblichen Prüfverfahren.

Prüfung mit Röntgenstrahlen

Auf der Laborbank des DEHESIVE® Coating Center bringt ein Farbtest gleich im Anschluss an die Beschichtung Aufschluss über den Grad der Abdeckung selbiger. Röntgenstrahlen messen die Schichtdicke der aufgetragenen Silicontrennschicht. Die Trennbeschichtung enthält nach der Aushärtung noch reaktive Gruppen, die mit dem Klebstoff im Rahmen der Lagerung Wechselwirkungen eingehen können. Deshalb führen die WACKER-Techniker zusätzlich noch Langzeittests durch, um sicherzugehen, dass die Trennbeschichtung auch nach längerer Lagerung noch den Qualitätsansprüchen genügt. Die Vollständigkeit der Vernetzungsreaktion wird bestimmt, indem durch Einlegen des beschichteten Substrats in Lösemittel unvernetztes Silicon herausgelöst und dessen Anteil analytisch gemessen wird. Dadurch kann die benötigte Menge Platin genau bestimmt werden. Durch Rezepturoptimierungen kann so bis zu einem Drittel Platin eingespart werden.

„Die Papierqualität auf dem Markt ändert sich ständig. Und auch neue Kleber führen zu stetigen Herausforderungen.“

Dr. Hans Lautenschlager Leiter der Anwendungstechnik für Silicontrennbeschichtungen WACKER SILICONES

Neue Herausforderungen

Die Trennkraft der Beschichtung messen die Anwendungstechniker mit Hilfe eines Abzugskraftmessgerätes elektronisch. Verschiedene Versuche zeigen beispielsweise, wie sich die Beschichtung bei einer Abzugsneigung von 90 Grad oder 180 Grad verhält.

Das Ergebnis der durchgeführten Tests wird anhand von grafischen Auswertungen plastisch sichtbar. Die Datenbank des DEHESIVE® Coating Center zählt mittlerweile 50.000 Testergebnisse. Wer glaubt, damit hat das Business Team Care & Coatings bald alle denkbaren Materialkonstellationen durch, irrt allerdings. „Die Papierqualität auf dem Markt ändert sich ständig. Und auch neue Kleber führen zu stetigen Herausforderungen“, erklärt Dr. Hans Lautenschlager. Bisherige Testergebnisse seien zwar richtungsweisend, aber keineswegs allgemeingültig.

Optimale Trennbeschichtungen erfordern somit auch weiterhin Forschungen, damit Shampoo, Melonen und Co. auch künftig optimal beklebt werden können.

Die hochverzweigten Sternpolymere der Produktfamilie DEHESIVE® SFX ergeben Siliconschichten mit vergleichsweise flachen Trennkraftprofilen. So steigt die Trennkraft bei einer auf DEHESIVE® SFX 250 basierenden Schicht (rote Linie) bei zunehmenden Abzugsgeschwindigkeiten weniger stark an als die Trennkraft eines Standardprodukts wie DEHESIVE® 924 (blaue Linie). Beide Silicone haben eine Viskosität von etwa 200 mPa*s. Die Trennkraft wurde mit Hilfe des Klebebandes tesa A 7475 gemessen. Im Diagramm sind die Abzugsgeschwindigkeiten markiert, die für den Langsamabzug (0,3 m/min), für das maschinelle Etikettieren (10 m/min) und für den schnellen Gitterabzug (300 m/min) typisch sind.