[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung eines
mindestens zwei miteinander verklebte Elemente aufweisenden Erzeugnisses, insbesondere
eines Zellulose-Erzeugnisses sowie damit hergestellte Erzeugnisse.
[0002] Verfahren zum Klebebinden von Erzeugnissen, insbesondere Zellulose-Erzeugnissen,
sind seit langem bekannt. Derartige Klebebindeverfahren sind Bindeverfahren für zum
Beispiel Bücher oder andere Druckerzeugnisse, wobei auf den Rücken geschnittener Buchblöcke
Klebstoffe aufgetragen werden, die den Zusammenhalt der Blätter gewährleisten.
[0003] Verfahren zum Verkleben von Elementen können gemäß der eingesetzten Arbeitstemperaturen
in Kalt- und Heißleimen unterschieden werden.
[0004] Bei der Heißverleimung werden thermoplastische Klebstoffe, welche bei Raumtemperatur
fest und bei Erhitzung flüssig sind, insbesondere Ethylenvinylacetat-Copolymere oder
Polyurethanschmelzklebstoffe, verwendet. Nachteilig an der Heißverleimung sind ein
hoher Energieaufwand, eine hohe Viskosität des Heißklebstoffes sowie eventuelle Beschädigungen
von temperaturempfindlichen zu verklebenden Elementen. Darüber hinaus weist die erhaltene
Bindung eine nicht ausreichende Flexibilität auf. Dies führt insbesondere bei der
Bindung von Büchern, Zeitschriften oder Magazinen zu einem unflexiblen Aufschlagsverhalten,
insbesondere ist das Aufschlagen in einem Winkel von 180° nicht möglich und aufgeschlagene
Bücher, Zeitschriften oder Magazine klappen von alleine wieder zu. Für das industrielle
Verkleben von Papierkanten, zum Beispiel Buchrücken, finden dennoch mit Blick auf
die Notwendigkeit, derartige industrielle Klebeverfahren mit hohem Durchsatz durchzuführen
bisher vorwiegend Heißleime Anwendung.
[0005] Im Bereich der Kaltverleimung, die wesentlich schonender von statten geht, muss der
Klebstoff (meist Polymer-Dispersionen mit natürlichen oder künstlichen Polymeren oder
Kunst- oder Naturharz-Dispersionen in Wasser, zum Beispiel wässrige Formulierungen
auf Acrylat-Basis) bei Raumtemperatur flüssig sein und die Papierstruktur, insbesondere
in Abhängigkeit von der Viskosität, gut benetzen können. Bei herkömmlichen Kaltleimen
ist die Haftung oder Haltbarkeit der verklebten Faser-haltigen Elemente mit dem Leim
jedoch oft zu gering. Daher lösen sich bei mechanischen Belastungen, zum Beispiel
beim wiederholten Blättern eines Buches, einer Zeitschrift oder Magazins, so schon
nach kurzer Zeit einzelne Blätter aus dem Verband. Diese Verfahrensweise lässt sich
deswegen ohne sogenannte molekulare Primer praktisch nicht realisieren, welche die
Klebe-Grenzfläche so verändern, dass ein intensiveres Benetzen möglich wird und es
zur Ausbildung von stabilen Verleimungen kommt. Insbesondere ohne Benetzung der Cellulose
ist eine haltbare Verklebung bei wässrigen Systemen nicht möglich. Als molekulare
Hilfsmittel werden dafür zum Beispiel hydrophobe Proteine eingesetzt (
EP 2 358 837 B1). Diese sind aber bisher nicht einfach in großtechnischem Maßstab verfügbar und zudem
in der Verarbeitung nicht ohne Bedenken für die Gesundheit. Außerdem müssen sie aufwendig
mit bestimmten Additiven formuliert werden und bieten somit nicht die idealen Voraussetzungen
für eine schnelle Weiterentwicklung solcher Klebe-Systeme.
[0006] WO2010057946 offenbart Zusammensetzungen enthaltend mindestens ein Hydrophobin (H) und einen Klebstoff
(K) sowie ein entsprechendes Verfahren zum Verkleben von Papiererzeugnissen, insbesondere
zum Klebebinden von Druckerzeugnissen.
[0007] WO2010142507 offenbart Klebstoffzusammensetzungen und deren Verwendung, insbesondere im medizinischen
und chirurgischen Bereich. Insbesondere bezieht sich
WO2010142507 auf eine klebende, ablösbare und repositionierbare Zusammensetzung, die ein chitinhaltiges
Material und/oder ein chitosanhaltiges Material enthält, und auf verschiedene Verwendungen
davon.
[0008] Eine einfach durchzuführende, kostengünstige, nachhaltige und gesundheitlich unbedenkliche
Funktionalisierung und Vorbehandlung für die Verklebung von Oberflächen stellt nach
wie vor, insbesondere bei Klebeprozessen, eine große Herausforderung für Forschung
und Entwicklung dar. Dabei sind besonders solche Vorbehandlungen von Oberflächen interessant,
die zu einer veränderten Grenzfläche führen, sodass eine Verklebung, insbesondere
stabile Verklebung, ermöglicht wird.
[0009] Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, die vorstehenden
Nachteile zu überwinden, insbesondere Verfahren bereitzustellen, die zu einer besonders
stabilen Verklebung von zu verklebenden Elementen führt, insbesondere, wenn Klebstoffformulierungen
oder Kaltleime zum Verkleben verwendet werden sollen.
[0010] Die vorliegende Erfindung beruht auch auf dem technischen Problem, verklebte Erzeugnisse
bereitzustellen, die sich durch eine besonders stabile Verklebung der sie ausbildenden
Elemente auszeichnen.
[0011] Die vorliegende Erfindung beruht weiterhin auf dem technischen Problem, Vorrichtungen
bereitzustellen, die zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren geeignet, insbesondere
eingerichtet sind.
[0012] Die vorliegende Erfindung löst die ihr zugrundeliegenden technischen Probleme durch
die Bereitstellung der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.
[0013] Insbesondere löst die folgende Erfindung das ihr zugrundeliegende Problem durch die
Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines mindestens zwei miteinander
verklebte Elemente aufweisenden Erzeugnisses, umfassend das
- a) Bereitstellen mindestens eines ersten mindestens eine Faser-haltige Oberfläche
aufweisenden Elements, mindestens eines zweiten Elements, mindestens einer Chitosan-haltigen
Lösung und mindestens einer flüssigen Klebstoffformulierung,
- b) Aufbringen der mindestens einen Chitosan-haltigen Lösung auf mindestens eine zu
verklebende Fläche auf der mindestens einen Faser-haltigen Oberfläche des ersten Elements
zum Erhalt einer vorbehandelten, die Chitosan-haltige Lösung aufweisenden Klebezone
auf dem ersten Element,
- c) Aufbringen der mindestens einen flüssigen Klebstoffformulierung auf die gemäß Verfahrensschritt
b) erhaltene, die vorbehandelte Chitosan-haltige Lösung aufweisende Klebezone und
- d) Inkontaktbringen des mindestens einen zweiten Elementes mit der Klebezone des ersten
Elementes zum Erhalt des verklebten Erzeugnisses.
[0014] Die Erfindung sieht demgemäß vor, dass in einem ersten Verfahrensschritt a) mindestens
zwei zu verklebende Elemente bereitgestellt werden, von denen ein erstes Element sich
dadurch auszeichnet, dass zumindest eine Oberfläche des Elements eine Faser-haltige
Oberfläche ist, also Fasern aufweist, insbesondere eine aus Fasern gebildete Oberfläche
aufweist. Bevorzugt kann das erste Element zum Beispiel eine Beschichtung aus faserhaltigem
Material, zum Beispiel aus Fasern, zum Beispiel eine faserige Beschichtung aufweisen.
Bevorzugt kann das erste Element aus den Fasern aufgebaut sein, insbesondere aus diesen
bestehen. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die gesamte Oberfläche des ersten
Elementes eine Faser-haltige Oberfläche ist. Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen
sein, dass lediglich eine Oberfläche, insbesondere ein Teil einer oder mehrerer Oberflächen
des ersten Elementes eine Faser-haltige Oberfläche ist. Die Faser-haltige Oberfläche
kann in einer bevorzugten Ausführungsform alleine aus Fasern bestehen. In einer weiteren
Ausführungsform kann die Faser-haltige Oberfläche neben den Fasern noch weitere Komponenten
wie synthetische und natürliche Polymere, Leime, Füllstoffe, Farbstoffe, Entschäumer,
Dispergiermittel, Rheologiemittel, Netzmittel oder dergleichen enthalten. In bevorzugter
Ausführungsform können die in der Faser-haltigen Oberfläche des in Verfahrensschritt
a) bereitgestellten ersten Elements vorhandenen Fasern, vorzugsweise alle Fasern,
über ihre gesamte Länge, zumindest aber über eine wesentliche Faserlänge in Form eines
Faserverbundes vorliegen, also in einer Form, in der zumindest Teile der Fasern zueinander
und/oder zu anderen Komponenten des Elementes unmittelbar direkten physischen Kontakt,
vorzugsweise in engen physischem Kontakt vorliegen, beispielsweise in gepresster Form.
[0015] Darüber hinaus werden in einem ersten Verfahrensschritt a) mindestens ein zweites
Element, welches mit dem ersten Element zu verkleben ist, mindestens eine Chitosan-haltige
Lösung und mindestens eine flüssige Klebstoffformulierung bereitgestellt.
[0016] Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass in einem zweiten Verfahrensschritt b) die
mindestens eine Chitosan-haltige Lösung auf eine zu verklebende Fläche, insbesondere
auf einen Bereich der mindestens einen Faser-haltigen Oberfläche oder auf die gesamte
Faser-haltige Oberfläche des ersten Elementes, aufgebracht wird, wobei dadurch eine
die Chitosan-haltige Lösung aufweisende Klebezone auf dem ersten Element erhalten
wird, beispielsweise die gesamte Faser-haltige Oberfläche oder ein Bereich dieser
Oberfläche.
[0017] Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff "Klebezone"
die Fläche der Faser-haltigen Oberfläche des ersten Elements verstanden, auf den die
Chitosan-haltige Lösung aufgebracht wurde und auf die in einem nachfolgenden Verfahrensschritt,
insbesondere ohne Durchführung weiterer Schritte, insbesondere Zwischenschritte, die
flüssige Klebstoffformulierung aufgebracht wird.
[0018] Die in Verfahrensschritt b) erhaltene vorbehandelte, die Chitosan-haltige Lösung
aufweisende Klebezone des ersten Elementes weist die Chitosan-haltige Lösung daher
nach wie vor in der in Verfahrensschritt a) bereitgestellten flüssigen Form auf.
[0019] In einem dritten Verfahrensschritt c) wird sodann die mindestens eine flüssige Klebstoffformulierung
auf die in Verfahrensschritt b) erhaltene, die vorbehandelte Chitosan-haltige Lösung
aufweisende Klebezone aufgebracht, beispielsweise mit einer Düse oder Walzenauftrag,
und zwar so, dass eine "nass in nass"-Aufbringung erfolgt. Die Erfindung sieht daher
insbesondere vor, dass nach Verfahrensschritt b) und vor Verfahrensschritt c) kein
Trocknen der aufgebrachten Chitosan-haltigen Lösung stattfindet, sondern diese vielmehr
in ihrem flüssigen Zustand mit der flüssigen Klebstoffformulierung in Kontakt gebracht
wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt in Anschluss an Verfahrensschritt
b) und vor Verfahrensschritt c) kein weiterer Verfahrensschritt, insbesondere ist
bevorzugt vorgesehen, dass Verfahrensschritt c) unmittelbar in Anschluss an Verfahrensschritt
b) erfolgt.
[0020] In einem vierten Verfahrensschritt d) wird sodann das zweite Element mit der Klebezone
des ersten Elementes zum Erhalt des verklebten Erzeugnisses in Kontakt gebracht, optional
unter Druckausübung. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt in Anschluss
an Verfahrensschritt c) und vor Verfahrensschritt d) kein weiterer Verfahrensschritt,
insbesondere ist in bevorzugter Ausführungsform vorgesehen, dass Verfahrensschritt
d) unmittelbar im Anschluss an Verfahrensschritt c) erfolgt.
[0021] Die erfindungsgemäße Verfahrensweise führt zu einer besonders stabilen Verklebung
der Elemente, die insbesondere bei einer Zugprüfung zu einem Kohäsionsbruch und nicht
zu einem Adhäsionsbruch führt. Anders als bei einem Chitosan-basierten Priming, bei
dem eine Chitosan-haltige Lösung auf Oberflächen appliziert, abgetrocknet und dann
als Haftvermittler genutzt wird, fungiert die erfindungsgemäß eingesetzte Chitosan-haltige
Lösung als ein Agens, das in seiner flüssigen Form, also im Nasszustand, das Aufziehen
der Klebstoffformulierung ermöglicht und, ohne durch die Theorie gebunden zu sein,
ein verbessertes Aufziehen des Klebstoffs in die Klebezone, insbesondere in die Tiefe
der Faser-haltigen Oberfläche ermöglicht, und damit insbesondere eine vergrößerte
Klebezone bereitgestellt wird. Die Chitosan-haltige Lösung gelangt in auch kleinste
Strukturierungen in und auf der Oberfläche und zieht dort die Klebstoffformulierung
hinein, mithin stellt sie eine oberflächenvergrößerte Klebezone gegenüber einer Nichtvorbehandlung
mit Chitosan-haltiger Lösung bereit. Ohne an die Theorie gebunden zu sein, findet
durch die in der Chitosan-haltigen Lösung vorhandenen Chitosan- und/oder Chitosan-Derivat-Moleküle
eine Änderung der Grenzfläche an den Fasern in der Faser-haltigen Oberfläche durch
eine Änderung der Oberflächenenergie statt. Die erfindungsgemäße Verwendung der Chitosan-haltigen
Lösung erlaubt insbesondere also ein verbessertes Aufziehen einer Klebstoffformulierung
in die Klebezone unter "nass in nass"-Bedingungen.
[0022] Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird in bevorzugter Ausführungsform
unter "nass in nass"-Bedingungen insbesondere verstanden, dass die Chitosan-haltige
Lösung in die mindestens eine Faser-haltige Oberfläche des mindestens einen ersten
Elements vollständig einzieht, das heißt, dass sich keine Chitosan-haltige Lösung
mehr auf der mindestens einen Faser-haltigen Oberfläche befindet, sondern diese sich
vollständig in der mindestens einen Faser-haltigen Oberfläche befindet, und die Chitosan-haltige
Lösung dabei noch im flüssigen Zustand verbleibt, das heißt vor dem Aufbringen der
mindestens einen flüssigen Klebstoffformulierung noch flüssig ist.
[0023] Eine Durchmischung der mindestens einen Chitosan-haltigen Lösung mit der mindestens
einen flüssigen Klebstoffformulierung bevor die Klebstoffformulierung in die Klebezone,
insbesondere in die Tiefe der Faser-haltigen Oberfläche aufzieht, findet demgemäß
vorzugsweise nicht statt.
[0024] In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist daher in Verfahrensschritt
b) vorgesehen, dass die Chitosan-haltige Lösung nach dem Aufbringen auf die mindestens
eine zu verklebende Oberfläche in die mindestens eine Faser-haltige Oberfläche des
ersten Elementes weitgehend oder, vorzugsweise, vollständig einzieht. Bevorzugt befindet
sich demgemäß kaum oder, vorzugsweise, keine Chitosan-haltige Lösung mehr auf der
mindestens einen Faser-haltigen Oberfläche. Diese liegt vielmehr weitgehend oder,
vorzugsweise, vollständig in der mindestens einen Faser-haltigen Oberfläche vor und
zwar in flüssigem Zustand. In bevorzugter Ausführungsform ist die zu verklebende Fläche
auf der Faser-haltigen Oberfläche vor Durchführung dieses bevorzugten Verfahrensschritts
b) einer Oberflächenvergrößerung, insbesondere einer Faserfreilegung, zugeführt worden.
[0025] Die Aufbringung der mindestens einen Chitosan-haltigen Lösung in Verfahrensschritt
b) und die anschließende Aufbringung der mindestens einen flüssigen Klebstoffformulierung
in Verfahrensschritt c) ermöglicht in vorteilhafter Weise insbesondere auch eine flexiblere
Weiterentwicklung der Verklebungstechnologie, da insbesondere keine stabilen Klebstoffformulierungen
umfassend mindestens ein Chitosan oder Chitosan-Derivat als Inhaltsstoff neu entwickelt
werden müssten, sondern schon bekannte Klebstoffformulierungen verwendet sowie separat,
ohne Berücksichtigung der chemischen Bedürfnisse sowie Einflüsse des mindestens einen
Chitosans oder Chitosan-Derivats, weiterentwickelt werden können.
[0026] Vorteilhafterweise verwendet die vorliegende Lehre den Polyaminozucker Chitosan,
welcher in ausreichender Menge als nachwachsender Rohstoff zur Verfügung steht und
in großer Menge erhältlich ist. Chitosan ist in Lösung, insbesondere saurer Lösung,
stabil und erlaubt eine ausreichende Verarbeitungszeit. Gegenüber Proteinen, die erst
durch biotechnologische Prozesse und Aufschlussverfahren erhalten werden müssen, ist
Chitosan als veredelter Abfallstoff leicht verfügbar, ähnelt in seiner Struktur als
lineares unverzweigtes Polymer den Zuckerketten der Cellulose, ist bei leicht saurem
pH löslich und somit gut in sogenannten "nass in nass"-Prozessen zu bearbeiten.
[0027] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen
die Fasern mindestens eine polymere Verbindung, im Folgenden auch als "Polymer" bezeichnet,
insbesondere bestehen die Fasern aus mindestens einem Polymer.
[0028] Das Polymer kann insbesondere ein natürlicherweise vorkommendes Polymer, bevorzugt
ein Biopolymer, zum Beispiel eine Naturfaser, insbesondere ein natürlicherweise in
Pflanzen vorkommendes Polymer, insbesondere Zellulose sein. In besonders bevorzugter
Ausführungsform sind die Fasern pflanzliche Fasern, die bevorzugt als Polymer Zellulose
enthalten oder daraus bestehen.
[0029] In besonders bevorzugter Ausführungsform können die pflanzlichen Fasern in Form von
Papier, Pappe, insbesondere Vollpappe und Wellpappe, Karton, Holzstoff, Zellstoff,
Halbzellstoff oder Pappmasche vorliegen, insbesondere in Form von Papier.
[0030] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen
die Fasern ein künstlich erzeugtes Polymer, insbesondere bestehen die Fasern aus einem
künstlich erzeugten Polymer, welches insbesondere ein chemisch synthetisiertes Polymer,
insbesondere ein chemisch modifiziertes Polymer, basierend auf natürlicher Weise vorkommenden
Polymeren, ist.
[0031] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das
im Verfahrensschritt a) bereitgestellte erste, das mindestens eine Faser-haltige Oberfläche
aufweisende Element ein Zellulose-haltiges Element, insbesondere ein Zellulose-Erzeugnis.
[0032] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das
erste, das zweite, weitere oder alle in Verfahrensschritt a) bereitgestellte Elemente
Zellulose-haltige Elemente, insbesondere Zellulose-Erzeugnisse.
[0033] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das
erste, die mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisende Element ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Papier, Pappe, Holz, Naturfasern und pflanzliche Fasermaterialien,
wobei in besonders bevorzugter Ausführungsform die Fasern Zellulose enthalten oder
aus dieser bestehen. Papier, Pappe, Holz, Naturfasern oder pflanzliches Fasermaterial
können bevorzugt in Form von Holzbauteilen, Wundverbänden, Textilien, Hygieneartikeln
oder Absorber-/Adsorber-Materialien vorliegen, wobei in besonders bevorzugter Ausführungsform
die Fasern Zellulose enthalten oder aus dieser bestehen.
[0034] Unter dem Begriff Papier werden im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere
grafische Papiere, Verpackungspapiere, Hygienepapiere und Spezialpapiere verstanden.
Als grafische Papiere sind vorzugsweise alle Papiere zum Bedrucken, Beschreiben und
Kopieren anzusehen, z.B. Fotodrucke und Digitaldrucke. Unter Verpackungspapieren sind
vorzugsweise Papiere, Karton und Pappe für Verpackungszwecke zu verstehen. Hygienepapiere
sind vorzugsweise Papiere mit hohem Volumen und hoher Saugkraft, die typischerweise
im Sanitär- oder Küchenbereich Anwendung finden. Der Begriff Spezialpapiere bezeichnet
vorzugsweise Papiere und Pappen für spezielle technische Verwendungszwecke.
[0035] Bevorzugt betrifft die Erfindung grafische Papiere. Besonders bevorzugt betrifft
die Erfindung graphische Papiere, welche bereits einen Druckprozess unterworfen wurden,
insbesondere auf Fotodrucke und Digitaldrucke. Es können aber auch nicht bedruckte
Papiere im Rahmen der Erfindung verwendet werden.
[0036] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das
erste, die mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisende Element ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Papier, Pappe, Holz, pflanzliche Fasermaterialien, Naturfasern
und/oder Kombinationen davon.
[0037] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das
erste, die mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisende Element ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Papier, Pappe, Holz, pflanzliche Fasermaterialien, Naturfasern
und Kombinationen davon in Kombination mit synthetischen Polymeren.
[0038] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das
erste, die mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisende Element Papier, insbesondere
hergestellt aus Fasern von Laub- oder Nadelholz, wobei in besonders bevorzugter Ausführungsform
die Fasern Zellulose enthalten oder aus dieser bestehen.
[0039] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das
erste, die mindestens eine Fasern-haltige Oberfläche aufweisende Element Pappe, wobei
in besonders bevorzugter Ausführungsform die Fasern Zellulose enthalten oder aus dieser
bestehen.
[0040] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das
erste, die mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisende Element Holz, insbesondere
Nadel- oder Laubholz, wobei in besonders bevorzugter Ausführungsform die Fasern Zellulose
enthalten oder aus dieser bestehen.
[0041] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das
erste, die mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisende Element ein Element
aus pflanzlichen Fasermaterialien, insbesondere Fasern aus Nadel- oder Laubhölzern,
wobei in besonders bevorzugter Ausführungsform die Fasern Zellulose enthalten oder
aus dieser bestehen.
[0042] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das
zweite Element ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Kunststoffelement, Papier,
Pappe, Holz, pflanzliche Fasern, Naturfasern oder Kombinationen davon, wobei diese
in bevorzugter Ausführungsform als Holzbauteile, Funktionsmaterialien, Wundverbände,
Textilien, Hygieneartikel oder Absorber-/Adsorber-Materialien vorliegen können.
[0043] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen
die Elemente aus verschiedenen Materialien.
[0044] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen
die Elemente aus den gleichen Materialien.
[0045] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das
Chitosan in der Chitosan-haltigen Lösung Chitosan oder ein Chitosanderivat. Als Chitosanderivate
können zum Beispiel Chitosanester, Chitosanamide, Chitosanmonomere und andere Chitosanderivate
wie zum Beispiel Chitosan-Konjugate mit Polyphenolen, wie 3,4,5-Trihydroxybenzoesäure
oder Ocytlgallat, Salze aus organischen Säuren, zum Beispiel Citronensäure oder Polyepoxysuccinat,
Chitosan-PEG-Tyramin, Chitosan-Amylose, Chitosan-Ester- und -Amin-Derivate, Carboxyfunktionalisierte
Chitosane, phosphorylierte Chitosane, glycosylierte, veretherte, vernetzte und copolymerisiertes
Chitosan eingesetzt werden.
[0046] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein
erfindungsgemäßes Chitosan-Derivat in der Chitosan-haltigen Lösung ein Chitosan-Derivat,
welches in einem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann, insbesondere
in einem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann, wenn seine erfindungsgemäße
Verwendung dazu führt, dass die in Verfahrensschritt c) eingesetzte Klebstoffformulierung
in die mindestens eine Faser-haltige Klebezone in kürzerer Zeit einzieht, im Vergleich
zu einem direkten, das heißt ohne vorherige Aufbringung der Chitosan-haltigen Lösung
in einen Verfahrensschritt b), Auftragen auf die mindestens eine Faser-haltige Oberfläche.
[0047] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in
Verfahrensschritt a) mindestens eine Chitosan-haltige Lösung bereitgestellt, wobei
die Chitosan-haltige Lösung mindestens ein Chitosan oder Chitosanderivat enthält,
insbesondere ein bis drei Chitosane oder Chitosanderivate, insbesondere ein bis zwei
Chitosane oder Chitosanderivate, insbesondere ein Chitosan oder Chitosanderivat.
[0048] Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer Chitosan-haltigen
Lösung insbesondere eine Lösung verstanden, welche mindestens ein Chitosan oder Chitosanderivat,
insbesondere Mischungen von Chitosanen und/oder Chitosanderivaten, enthält.
[0049] Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter Chitosan deacetyliertes
Chitin verstanden. Der Grad der Deacetylierung kann hierbei variieren. In einer bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung variiert der Deacetylierungsgrad des Chitosans
von 40 bis 100 %, insbesondere 50 bis 100 %, insbesondere 60 bis 100 %, insbesondere
95 bis 100 %, insbesondere 70 bis 100 %, insbesondere 80 bis 100 %, insbesondere 90
bis 100 %, insbesondere 40 bis 90 %, insbesondere 40 bis 80 %, insbesondere 40 bis
70 %, insbesondere 40 bis 60 %, insbesondere 40 bis 50 %, insbesondere 50 bis 90 %,
insbesondere 50 bis 80 %, insbesondere 50 bis 70 %, insbesondere 50 bis 60%, insbesondere
60 bis 90 %, insbesondere 60 bis 80 %, insbesondere 60 bis 70 %, insbesondere 70 bis
90 %, insbesondere 70 bis 80 %, insbesondere 80 bis 90 %. In bevorzugter Ausführungsform
liegt der Deacetylierungsgrad bei >50 %, insbesondere >90%.
[0050] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt das
Chitosan oder Chitosanderivat als Chitosan-Oligomer vor.
[0051] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das
Chitosan-Oligomer ein Molekulargewicht von 1 bis 50 kDa, insbesondere 2 bis 40 kDa,
insbesondere 1 bis 20 kDa, insbesondere 1 bis 2 kDa, insbesondere 2 bis 20 kDa oder
insbesondere 5 bis 20 kDa auf.
[0052] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt das
Chitosan oder Chitosanderivat als Chitosan-Polymer vor.
[0053] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das
Chitosan-Polymer ein Molekulargewicht von 51 bis 400 kDa, insbesondere 51 bis 200
kDa, insbesondere 60 bis 100 kDa, insbesondere 65 bis 90 kDa, insbesondere bis 100
bis 200 kDa oder insbesondere 200 bis 400 kDa auf.
[0054] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt das
Chitosan oder Chitosanderivat in der Chitosan-haltigen Lösung in einer Konzentration
von 0,001 bis 10 %, insbesondere 0,001 bis 1 %, insbesondere 0,01 bis 5 %, insbesondere
0,01 bis 3 %, 0,01 bis 1 %, insbesondere 0,05 bis 1 %, insbesondere 0,1 bis 1 %, insbesondere
0,5 bis 1 %, insbesondere 0,1 bis 0,5 %, insbesondere 0,01 bis 0,1 %, insbesondere
0,01 bis 0,9 % (jeweils m/v) vor.
[0055] In besonders bevorzugter Ausführungsform kann das Chitosan in wässriger Lösung vorliegen,
insbesondere in gepufferter wässriger Lösung, insbesondere in saurer gepufferter Lösung,
insbesondere in Phosphat-gepufferter Lösung. In bevorzugter Ausführungsform kann das
Chitosan in saurer wässriger Lösung, zum Beispiel in einer wässrigen Lösung mit einem
pH von 1 bis 6,9, insbesondere 2 bis 6, insbesondere 3 bis 5,5 vorliegen.
[0056] In besonders bevorzugter Ausführungsform kann die Chitosan-haltige Lösung als eine
wässrige Lösung vorliegen, insbesondere als eine gepufferte wässrige Lösung, insbesondere
eine sauer gepufferte Lösung, insbesondere eine Phosphat-gepufferte Lösung. In bevorzugter
Ausführungsform kann die Chitosan-haltige Lösung als eine saure wässrige Lösung, zum
Beispiel als eine wässrige Lösung mit einem pH von 1 bis 6,9, insbesondere 2 bis 6,
insbesondere 3 bis 5,5 vorliegen.
[0057] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst
die Chitosan-haltige Lösung weitere Zusatzstoffe. Bevorzugt sind die Zusatzstoffe
kleine, Carboxylgruppen tragende Moleküle wie Essigsäure oder/und Citronensäure oder
höhermolekulare, Carboxylgruppen-tragende Polymere.
[0058] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden
in Verfahrensschritt a) mindestens zwei unterschiedliche Chitosan-haltige Lösungen
bereitgestellt, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens vier.
[0059] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in
Verfahrensschritt a) genau eine Chitosan-haltige Lösung bereitgestellt, insbesondere
genau zwei, insbesondere genau drei, insbesondere genau vier.
[0060] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden,
sofern mindestens zwei unterschiedliche Chitosan-haltige Lösungen bereitgestellt werden,
die Chitosan-haltigen Lösungen in Verfahrensschritt b) gleichzeitig oder nacheinander
aufgetragen.
[0061] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die
flüssige Klebstoffformulierung eine Suspension, eine Dispersion, eine Emulsion oder
eine Lösung mindestens eines Klebstoffes.
[0062] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Klebstoffformulierung neben
dem mindestens einen Klebstoff mindestens ein weiteres Agenz ausgewählt aus der Gruppe
bestehend aus synthetischen oder natürlichen Polymeren, Weichmachern, Harzen, Konservierungsmitteln,
Dispergiermitteln, Füllstoffen, Lichtschutzmitteln, Entschäumungsmitteln, Rheologieverbesserern,
Verdickungsmitteln, Vernetzern, Härtern und Kombinationen davon aufweisen.
[0063] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die
flüssige Klebstoffformulierung eine Suspension mindestens eines Klebstoffes.
[0064] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die
flüssige Klebstoffformulierung eine Dispersion mindestens eines Klebstoffes.
[0065] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die
flüssige Klebstoffformulierung eine Emulsion mindestens eines Klebstoffes.
[0066] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die
flüssige Klebstoffformulierung eine Lösung, insbesondere eine wässrige Lösung mindestens
eines Klebstoffes.
[0067] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die
Klebstoffformulierung einen physikalisch-härtenden Klebstoff auf.
[0068] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die
Klebstoffformulierung einen chemisch-härtenden Klebstoff auf.
[0069] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Klebstoffformulierung
mindestens einen Klebstoff, der in der Papier- und Druckweiterverarbeitung üblicherweise
eingesetzt wird, zum Beispiel Klebstoffe auf Basis von natürlichen oder halbnatürlichen
Polymeren, Stärkeklebstoffe, enthaltend Kartoffel-, Mais-, Weizen-, Manioka-, Tapioka-
und Reisstärke in nativer oder abgebauter Form, in verschiedenen Abbaugraden, in kalt-
oder warmlöslicher Form, mit verschieden eingestellten Verkleisterungsgraden, Dextrinklebstoffe,
hergestellt durch thermischen oder chemischen Abbau von Kartoffel-, Mais-, Weizen-,
Manioka-, Tapioka- und Reisstärke, Glutinleime, Stärke/Dextrin-Mischleime, Zellulose-Klebstoffe
oder Zellulose-Derivat-Klebstoffe.
[0070] Einsetzbar sind auch Klebstoffe auf Basis von synthetischen Polymeren, beispielsweise
Schmelzklebstoffe beispielsweise auf Vinylacetat-Basis (Hot-melt-Klebstoffe), Reaktive
Polyurethan-Schmelzklebstoffe (PUR-Reaktivklebstoffe), Polyvinylalkohol-Klebstoffe,
oder Dispersions-Klebstoffe enthaltend Homo- oder Copolymere aus Vinylacetat, Ethylvinylacetat,
Acrylaten, Styrol-Acrylat sowie Dispersions-Klebstoffe enthaltend Polyurethan.
[0071] Eine Dispersions-Klebstoffformulierung im Sinne der Erfindung kann eine Dispersion
eines organischen Grundstoffes sein, beispielsweise einem Polymer oder Copolymer aus
Vinylester oder Acrylaten in flüssigen Dispersionsmitteln, in denen der organische
Grundstoff unlöslich ist. Die Dispersion kann gegebenenfalls Weichmacher, Harze oder
Füllstoffe enthalten.
[0072] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Klebstoffformulierung
eine Dispersions-Klebstoffformulierung, insbesondere auf wässriger Basis. Dispersions-Klebstoffformulierungen
auf wässriger Basis enthalten Wasser als Lösemittelanteil der Formulierung. Insbesondere
bevorzugt enthält die Dispersions-Klebstoffformulierung Homo- oder Copolymere aus
Vinylacetat, Ethylvinylacetat, Acrylaten, Styrol-Acrylat oder ein Polyurethan.
[0073] Ganz besonders bevorzugt ist als Klebstoffformulierung Emuldur
® (BASF, Ludwigshafen, Deutschland), (anionisches Polyester-Polyurethan in wässriger
Dispersion), Adhesin
®A7362 (Henkel, Düsseldorf, Deutschland), (Polyvinylacetat) oder Acronal
®A508 (BASF, Ludwigshafen, Deutschland), (Acrylsäureester-Copolymer-Dispersion) oder
eine, die teilweise oder vollständig aus biobasierten oder nachwachsenden Rohstoffen
besteht, geeignet.
[0074] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der
Klebstoff ein Klebstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxidharz, Phenol-Formaldehydharz.
Polyurethan, Methylmethacrylat, Cyanacrylat, PVC (Polyvinylchlorid), Polycarbonat,
Polysulfid, Silikon, ungesättigte Polyester, Glutin, Casein, Stärke, Methylzellulose,
Polyimid, Vinylesterharz, Polychloropren und einer Kombination davon.
[0075] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die
Klebstoffformulierung ein Leim, insbesondere ein Kaltleim, insbesondere Kaltleim aus
biobasierten oder nachwachsenden Rohstoffen.
[0076] Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist ein Leim eine Suspension, Dispersion,
Emulsion oder Lösung eines Klebstoffes, insbesondere aus tierischen, pflanzlichen
oder synthetischen Grundstoffen, in einem flüssigen Medium, insbesondere in Wasser.
[0077] Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem Kaltleim ein Leim
verstanden, der kalt, insbesondere bei Raumtemperatur (19 bis 21° C), ohne Erhitzung
verarbeitet werden kann.
[0078] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden
in Verfahrensschritt a) mindestens zwei unterschiedliche Klebstoffformulierungen bereitgestellt,
insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens vier.
[0079] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in
Verfahrensschritt a) genau eine flüssige Klebstoffformulierung bereitgestellt, insbesondere
genau zwei, insbesondere genau drei, insbesondere genau vier.
[0080] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden,
sofern mindestens zwei unterschiedliche Klebstoffformulierungen bereitgestellt werden,
die Klebstoffformulierungen gleichzeitig oder nacheinander aufgetragen.
[0081] In besonders bevorzugter Ausführungsform kann die Chitosan-haltige Lösung in Verfahrensschritt
b) manuell, zum Beispiel mit einem Pinsel oder Schwamm, oder in einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform, maschinell, zum Beispiel mit einer Düse oder Walzmaschine, aufgetragen
werden. In besonders vorteilhafter Weise kann die Walze der Walzmaschine aus einem
Schaumstoff aufgebaut sein, der in bevorzugter Ausführungsform hälftig in ein die
Chitosan-haltige Lösung aufweisendes Becken eintaucht, umso die Poren des Schaumstoffs
mit der Chitosan-haltigen Lösung füllen zu können. Die Chitosan-haltige Lösung wird
in bevorzugter Ausführungsform mit der aus dem Becken herausragenden anderen Hälfte
auf die mindestens eine zu verklebende Fläche auf der mindestens einen Faser-haltigen
Oberfläche des ersten Elementes aufgetragen.
[0082] In besonders bevorzugter Ausführungsform kann die Klebstoffformulierung in Verfahrensschritt
c) manuell, zum Beispiel mit einem Pinsel oder Schwamm, oder in einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform maschinell, zum Beispiel mit einer Düse oder Walzmaschine, aufgetragen
werden.
[0083] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung,
geeignet, insbesondere eingerichtet, für die Durchführung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens.
[0084] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung
zur Herstellung eines mindestens zwei miteinander verklebte Elemente aufweisenden
Erzeugnisses, umfassend
- a) eine Einspanneinheit zum Einspannen mindestens eines ersten mindestens eine Faser-haltige
Oberfläche aufweisenden Elements, insbesondere eine Buchblockzange,
- b) eine Faserfreilegungsvorrichtung zur Oberflächenvergrößerung, insbesondere Aufrauvorrichtung
zum Aufrauen, mindestens einer zu verklebenden Fläche des mindestens einen ersten
mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisenden Elements,
- c) einen ersten Applikator, insbesondere eine Düse oder Walzeinheit, zum Aufbringen
einer Chitosan-haltigen Lösung aus einem ersten Vorratsbehälter auf die mindestens
eine zu verklebende Fläche und
- d) einen zweiten Applikator zum Aufbringen einer flüssigen Klebstoffformulierung aus
einem zweiten Vorratsbehälter auf die mit der Chitosan-haltigen Lösung vorbehandelte
Klebezone.
[0085] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung
zum Klebebinden von Papiererzeugnissen, umfassend
- a) eine Einspanneinheit zum Einspannen eines Papierstapels, insbesondere eine Buchblockzange,
- b) eine Faserfreilegungsvorrichtung zur Oberflächenvergrößerung, insbesondere Aufrauvorrichtung
zum Aufrauen, mindestens einer zu verklebenden Fläche des Papierstapels,
- c) einen ersten Applikator, insbesondere eine Düse oder Walzeinheit, zum Aufbringen
einer Chitosan-haltigen Lösung aus einem ersten Vorratsbehälter auf die mindestens
eine zu verklebende Fläche und
- d) einen zweiten Applikator zum Aufbringen einer flüssigen Klebstoffformulierung aus
einem zweiten Vorratsbehälter auf die mit der Chitosan-haltigen Lösung vorbehandelte
Klebezone.
[0086] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung zur Herstellung
eines mindestens zwei miteinander verklebte Elemente aufweisenden Erzeugnisses, insbesondere
zum Klebebinden von Papiererzeugnissen, eine weitere Vorrichtung zum Inkontaktbringen
des mindestens einen zweiten Elements mit der Klebezone des mindestens einen ersten
Elements auf.
[0087] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das mindestens eine zweite Element
manuell mit der Klebezone des mindestens einen ersten Elements in Kontakt gebracht.
[0088] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die
zu verklebende Fläche auf der Faser-haltigen Oberfläche vor Durchführung von Verfahrensschritt
b) in einem Verfahrensschritt al) einer Oberflächenvergrößerung, insbesondere einer
Faserfreilegung, zugeführt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform die Fasern der Faser-haltigen Oberfläche in einem Faserverbund
vorliegen, insbesondere also die Fasern entweder, vorzugsweise über ihre gesamte Länge,
unmittelbar physisch aneinander angrenzend zueinander angeordnet sind, zum Beispiel
verpresst vorliegen, und/oder in optional vorliegenden weiteren Komponenten des Elements,
insbesondere dessen Oberfläche, eingebettet sind, zum Beispiel in einer Matrix.
[0089] In bevorzugter Ausführung stellt Verfahrensschritt al) ein Aufrauen der Oberfläche
dar, insbesondere eine Faserfreilegung, insbesondere wird eine Faserfreilegung durchgeführt,
wenn Papier oder Pappe die Faser-haltige Oberfläche darstellen.
[0090] Vorzugsweise findet Verfahrensschritt al) in Anschluss an Verfahrensschritt a) und
vor Verfahrensschritt b) statt.
[0091] Erfindungsgemäß ist bevorzugt vorgesehen, dass die mindestens eine Faser-haltige
Oberfläche des ersten Elementes, insbesondere die zu verklebende Fläche, oberflächenvergrößert
wird. Dies geschieht in bevorzugter Ausführungsform dadurch, dass die in der Faser-haltigen
Oberfläche, bevorzugt in einem Faserverbund, vorliegenden Fasern des in Verfahrensschritt
a) bereitgestellten ersten Elementes durch die Oberflächenvergrößerung vollständig
oder teilweise freigelegt werden, das heißt eine Faserfreilegung stattfindet.
[0092] Die Oberfläche einer Faser-haltigen Oberfläche eines Elementes wird gebildet durch
die Bereiche der Oberfläche, das heißt Oberflächen der Fasern und gegebenenfalls weiteren
Flächen der Oberfläche, zum Beispiel von weiteren Komponenten der Oberfläche, die
nicht in Verbindung, insbesondere in physischem Kontakt zueinander, das heißt zu Fasern
oder Komponenten des Elementes, stehen und wobei diese Bereiche der Oberfläche damit
für ein Inkontaktbringen, insbesondere Benetzen mit der Chitosan-haltigen Lösung zur
Verfügung stehen. Die für ein Inkontaktbringen mit der Chitosan-haltigen Lösung zur
Verfügung stehenden Flächen der Fasern können im Fall freigelegter Fasern nahezu die
gesamte Oberfläche der freigelegten Faser sein oder im Fall von Fasern, die, zumindest
teilweise, im Faserverbund sind, diejenigen Teile der Faseroberfläche, die nicht mit
anderen Fasern oder Komponenten des Elementes in Kontakt stehen.
[0093] Durch eine Faserfreilegung aus einem Faserverbund einer Faser-haltigen Oberfläche
wird die Fläche der Faser-haltigen Oberfläche vergrößert.
[0094] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegen
nahezu sämtliche, insbesondere sämtliche, Fasern der Faser-haltigen Oberfläche des
ersten in Verfahrensschritt a) bereitgestellten Elementes in einem Faserverbund vor.
[0095] Durch den erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehenen Verfahrensschritt al), gemäß dem
eine Oberflächenvergrößerung durchgeführt wird, werden die Fasern der Faser-haltigen
Oberfläche aus dem Faserverbund freigelegt und vergrößern somit die für das Inkontakttreten
mit der Chitosan-haltigen Lösung zur Verfügung stehende Oberfläche.
[0096] In besonders bevorzugter Ausführungsform werden mehr als 50 %, mehr als 60 %, mehr
als 70 %, mehr als 80 % oder mehr als 90 %, insbesondere mehr als 95 % der Fasern
innerhalb der zu verklebenden Fläche freigelegt.
[0097] Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer Oberflächenvergrößerung
verstanden, dass die zu verklebende Fläche um mindestens 100 % vergrößert wird, insbesondere
um mindestens 150 %, insbesondere um mindestens 200 %, insbesondere um mindestens
300 %, insbesondere 100 bis 450 %, insbesondere um 150 bis 450 %, insbesondere um
200 bis 450 % vergrößert wird.
[0098] Das Ausmaß der Oberflächenvergrößerung der zu verklebenden Fläche kann mittels Mikroskopie,
insbesondere Lichtmikroskopie oder Elektronenmikroskopie, festgestellt werden. Hierzu
werden vor und nach der Oberflächenvergrößerung die Anzahl der freiliegenden Fasern
oder Fasernteile pro Flächeneinheit, sowie deren Maße, insbesondere die Länge und
der Durchmesser, erfasst und mithilfe dieser Maße die jeweilige Größe der Oberfläche
berechnet.
[0099] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Messung der Oberflächenvergrößerung
mittels eines Lichtmikroskops. Hierbei werden die Länge und der Durchmesser der freiliegenden
Fasern, gegebenenfalls teilweise freiliegender Bereiche von Fasern sowie gegebenenfalls
vorliegender anderer Flächen einer Faser-haltigen Oberfläche gemessen. Unter der Annahme,
dass eine Faser einem Zylinder gleicht, wird für jede Faser die Mantelfläche eines
Zylinders, welcher die Faser darstellt, anhand der ermittelten Länge sowie des Durchmessers
der Faser berechnet. Als Durchmesser kann für die Berechnung der Mittelwert der Durchmesser
einer repräsentativen Probe an Fasern für die Berechnung verwendet werden.
[0100] Die Summe der Oberflächen der einzelnen Zylinder, das heißt der freiliegenden Fasern,
von freiliegenden Bereichen von Fasern sowie von gegebenenfalls vorliegenden anderen
Flächen der Oberfläche ergibt die Größe der aufgerauten Oberfläche und wird mit der
Summe der Oberfläche gegebenenfalls vorliegender freiliegender Fasern, von freiliegenden
Bereichen von Fasern sowie von gegebenenfalls vorliegenden anderen Flächen der Oberfläche,
also bevorzugt allein der ebenen zweidimensional angemessenen Oberfläche des Faserverbunds,
einer unbehandelten Oberfläche verglichen.
[0101] Die Oberflächenvergrößerung, im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung auch
als Aufrauung bezeichnet, kann dabei beispielsweise mittels Aufrauvorrichtungen, zum
Beispiel, insbesondere Messer oder Zähne aufweisenden, Fräsvorrichtungen, Walzen oder
Scheiben erreicht werden.
[0102] In besonders bevorzugter Ausführungsform kann die Aufrauung mittels tellerartiger
Aufrauvorrichtungen, insbesondere Werkzeugen erreicht werden, wobei diese bevorzugt
tellerartige Werkzeugscheiben mit kleinen Erhebungen, insbesondere Zähne vorsehen,
die vorzugsweise bei paralleler Rotation zur aufzurauenden Oberfläche diese aufraut
und damit gleichsam eine Faserfreilegung erreicht.
[0103] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das
mit dem Verfahren hergestellte mindestens zwei miteinander verklebte Elemente aufweisende
Erzeugnis ein Buch, eine Broschüre, ein Schreibblock, ein Prospekt, ein Katalog, eine
Zeitschrift oder ein Magazin.
[0104] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, gemäß
der das Erzeugnis ein Buch, eine Broschüre, ein Schreibblock, ein Prospekt, ein Katalog,
eine Zeitschrift oder ein Magazin ist, ist das erste Element eine Papierseite und
das zweite Element ein als Rücken, zum Beispiel Buchrücken, eingesetzter Papierrücken,
sowie weitere Elemente weitere Papierseiten.
[0105] Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff "Erzeugnis"
insbesondere ein Papiererzeugnis verstanden, insbesondere Produkte, die durch das
Zusammenfügen von oben genanntem Papier entstanden sind, also beispielsweise Produkte
oder Zwischenprodukte der Buchbinderei, wie Bücher, Broschüren, Prospekte, Zeitschriften,
Kataloge, Schreibblöcke, Buchblöcke, Umschläge und Magazine.
[0106] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das
mit dem Verfahren hergestellte mindestens zwei miteinander verklebte Elemente aufweisende
Erzeugnis ein Buch, insbesondere ein Fotobuch.
[0107] Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in der Druckweiterverarbeitung angewendet.
Der Begriff Druckweiterverarbeitung umfasst alle Arbeitsschritte, durch welche aus
bedruckten oder auch unbedruckten Vorprodukten die vorgesehenen Erzeugnisse mit ihren
jeweiligen Formen und Eigenschaften gefertigt werden. Insbesondere sind darunter Verfahren
und Schritte der Buchbinderei zu verstehen, welche eine Verklebung beinhalten, zum
Beispiel das Klebebinden von Büchern, Broschüren, Katalogen, Schreibblocks, das Ableimen,
Blockleimen, Einhängen von Buchblocks, Ankleben von Umschlägen, Buchdeckenherstellung,
Vorsatzklebung, Rückenableimung, Seitenbeleimung, Hinterkleben, Einkleben von Karten
und Warenproben, Kaschieren, Gummierung, Selbstklebegummierung, Haftklebegummierung
oder Etikettenherstellung.
[0108] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das
erfindungsgemäße Verfahren im Rahmen eines Lay-Flat-Verfahrens durchgeführt.
[0109] Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem Lay-Flat-Verfahren
verstanden, dass Papierseiten zum Beispiel eines Buchs, einer Zeitschrift oder Magazins
so miteinander verklebt werden, dass das jeweilige Erzeugnis komplett aufgeschlagen
werden kann und die beiden sichtbaren Seiten vollständig, dies bedeutet in einem Winkel
von 180°, aufgeklappt werden können und dabei eine plane Fläche bilden können.
[0110] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung auch ein verklebtes,
mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisendes Erzeugnis herstellbar gemäß
einem erfindungsgemäßen Verfahren.
[0111] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0112] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele und beispielhaften Figuren
näher erläutert.
Figuren
[0113]
- Figur 1
- zeigt ein erfindungsgemäß bereitgestelltes erstes, mindestens eine Faser-haltige als
Papierkante (150) ausgeführte Oberfläche (11) aufweisendes Element (10) mit in einem
Fasernverbund (17) vorliegenden Fasern (12).
- Figur 2
- zeigt das erste mindestens eine Faser-haltige Oberfläche (11) aufweisende Element
(10) in Anschluss an eine erfindungsgemäß bevorzugte Oberflächenvergrößerung. Figur
2 zeigt dabei insbesondere, dass die Fasern (12) durch die Oberflächenvergrößerung
freigelegt wurden.
- Figur 3
- zeigt das erste, mindestens eine Faser-haltige Oberfläche (11) aufweisende Element
(10), mit freigelegten Fasern (12), nach Zugabe der Chitosan-haltigen Lösung (20)
auf die zu verklebende Zone. Schematisch dargestellt ist hierbei die Interaktion des
Chitosans (20) mit den freigelegten Fasern (12) in der Klebezone (13).
- Figur 4
- zeigt die auf die Klebezone (13) des Elements (10) aufgetragene flüssige Klebstoffformulierung
(30) vor dem Aufziehen.
- Figur 5
- zeigt die Klebezone (13) nach dem Aufziehen der flüssigen Klebstoffformulierung (30).
Die flüssige Klebstoffformulierung liegt hierbei homogen in Zwischenräumen (31) zwischen
den freiliegenden Fasern (12) und dem Chitosan (20).
- Figur 6
- zeigt beispielhaft das zwei miteinander verklebte Elemente aufweisende Erzeugnis (50),
umfassend ein erstes, mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisendes Element
(10), ein zweites Element (40) und die Klebezone (13).
- Figur 7
- zeigt schematisch in zeitlichen Abfolgen das Verhalten von auf eine freiliegende Fasern
(12) aufweisende Papierkante (150) aufgebrachte Klebstoff (30) ohne Verwendung von
Chitosan (20) (links) und unter Verwendung von Chitosan (rechts) (Zeitpunkt 1: unmittelbar
nach Aufbringen des Klebstoffes, Zeitpunkt 2: späterer Zeitpunkt).
- Figur 8
- zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Klebebinden von Papiererzeugnissen umfassend
eine Einspanneinheit (Buchblockzange) (6), Auftragsschiene/Transportstrecke (2), Faserfreilegungsvorrichtung,
insbesondere Aufrauvorrichtung (Fräswerkzeug) (3), ersten Applikator (Aktivatorauftrag)
(7) und zweiten Applikator (Leimauftrag) (8) sowie einen dem ersten Applikator (7)
zugeordneten ersten Vorratsbehälter (4) und einem dem zweiten Applikator (8) zugeordneten
zweiten Vorratsbehälter (5).
Bezugszeichenliste
[0114]
- 1
- Buchblock (Papierstapel)
- 2
- Auftragsschiene/Transportstrecke
- 3
- Faserfreilegungsvorrichtung (Fräswerkzeug)
- 4
- Erster Vorratsbehälter
- 5
- Zweiter Vorratsbehälter
- 6
- Einspanneinheit (Buchblockzange)
- 7
- Erster Applikator (Aktivatorauftrag)
- 8
- Zweiter Applikator (Leimauftrag)
- 10
- Erstes, eine Faser-haltige Oberfläche aufweisendes Element
- 11
- Faser-haltige Oberfläche
- 12
- Fasern
- 13
- Klebezone
- 17
- Faserverbund
- 20
- Chitosan
- 30
- Flüssige Klebstoffformulierung
- 31
- Zwischenräume zwischen den Fasern
- 40
- Zweites Element
- 50
- Erzeugnis
- 150
- Papierkante
Beispiele
Beispiel 1: Herstellung von Klebebindungen
[0115] Ein Buchblock (DIN A4, das heißt mit einer Rückenlänge von 297 mm) wurde in eine
Buchblock-Zange eingespannt, so dass die zu bindende Kante etwa 2 mm frei aus der
Zange herausragt (sogenannter Aushang). Dieser Buchblock wurde durch eine Fräsvorrichtung
aufgeraut (aus Fig. 1 und 2 schematisch ersichtlich). Durch diese Vorbehandlung werden
die Fasern freigelegt und die Oberfläche um etwa 300 % vergrößert. Danach wird beispielsweise
eine 0,1 % (m/v) Chitosan-haltige Lösung, wobei ein Chitosan mit >50, insbesondere
>90% Deacetylierungsgrad in der Lösung (wässrige Phosphat-gepufferte Lösung) enthalten
ist, auf den aufgerauten Buchblockrücken aufgebracht (schematisch gemäß Figur 3).
Anschließend wird unmittelbar ohne Trocknen der in die Klebezone aufgebrachten Chitosan-Lösung
in einer Buchklebemaschine vom Typ Ribler Junior Binder oder Ribler Express Binder
(Hersteller Ribler, Stuttgart, DE) über eine Düse eine Klebstoff-Dispersion auf Styrolacrylatbasis
"nass in nass" aufgetragen (schematisch gemäß Figuren 4 und 5).
[0116] Die Klebstoff-Dispersion wies eine für die Viskosität praktikable Kennzahl (gemessen
mit Fordbecher, 5 mm Düse) von vorzugsweise > 100 s auf.
[0117] Anschließend wird der Buchblock in einen Buchblockrücken eingebunden (schematisch
Figur 6) und ein Buch erhalten.
[0118] Figur 7 zeigt den Effekt des Aufbringens von Chitosan (20) auf eine Papierkante (150).
Figur 7 lässt erkennen, dass ohne Verwendung von Chitosan (20) (Figur 7, links) auf
einer zu verklebenden Papierkante (150) der Klebstoff (30) auf der Papierkante stehen
bleibt und nicht in die Zwischenräume (31) zwischen den freigelegten Fasern (12) eindringt,
sondern dort eintrocknet (Zeitpunkt 2). Wird dagegen die Papierkante (150) vor dem
Aufbringen des Klebstoffes (30) mit einer Chitosan-haltigen Lösung (20) versehen und
damit eine Chitosan-haltige Lösung aufweisende Klebezone (13) erhalten, sinkt der
Klebstoff (30) "nass in nass" in die Papierkante ein und verteilt sich homogen in
den Zwischenräumen (31) (Figur 7, rechts) (Zeitpunkt 2).
Beispiel 2: Beurteilung Kohäsionsbruch (KOH) und Adhäsionsbruch (ADH)
[0119] Es wurden Buchblöcke von jeweils 2 cm Dicke aus verschiedenen Papiersorten (Nr. 1
bis Nr. 5) wie in Beispiel 1 beschrieben verklebt. Als Kontrolle wurden Buchblöcke
ohne Chitosan-Vorbehandlung, ebenfalls von 2 cm Dicke, analog zu den oben beschriebenen
Verfahren aufgeraut und in einer Bindemaschine vom Typ Ribler Junior Binder oder Ribler
Express Binder (Hersteller Ribler, Stuttgart, DE) über eine Düse mit der oben beschriebenen
Klebstoffformulierung verklebt.
[0120] Zur Beurteilung von Adhäsion und Kohäsion wurde die Klebebindung plan aufgeschlagen
und unter einem Lichtmikroskop betrachtet. Es wurde an einer Blattkante gezogen, um
die Klebstoffnaht zu dehnen. Falls sich dabei der Klebstoff von der Papierfaser löst,
handelt es sich um einen Adhäsionsbruch. Falls dagegen der Klebstoff nicht an der
Papierfaser, sondern innerhalb der Klebstoffnaht aufreißt, handelt es sich um einen
Kohäsionsbruch.
[0121] Bei den Buchblöcken der Kontrollen ist bei der Betrachtung mit einem Lichtmikroskop
leicht zu erkennen, dass sich der Klebstoff relativ leicht von der Faser löst (Adhäsionsbruch).
Wurde der Buchblock-Rücken vorab mit einer Chitosan-haltigen Lösung, wie in Beispiel
1 beschrieben, "nass in nass" behandelt, kann man unter dem Mikroskop einen Kohäsionsbruch
erkennen, das heißt der Klebstoff-Film trennt sich in der Mitte und es bleiben Klebstoffreste
an der Faser hängen.
[0122] Kontrollversuche ohne Chitosan im Lösungsmittel führten nicht zu einer Klebebindung,
die mit den Eigenschaften, die durch Anwendung von Chitosanlösungen erreicht wurden,
vergleichbar waren.
1. Procédé de fabrication d'un produit (50) comprenant au moins deux éléments collés
l'un à l'autre, comprenant les étapes consistant à
a) la mise à disposition d'au moins un premier élément (10) présentant au moins une
surface contenant des fibres (11), d'au moins un deuxième élément (40), d'au moins
une solution contenant du chitosane (20) et d'au moins une formulation adhésive liquide
(30),
b) l'application de ladite au moins une solution contenant du chitosane sur au moins
une surface à coller sur ladite au moins une surface contenant des fibres (11) dudit
premier élément (10) pour obtenir une zone adhésive prétraitée (13) présentant ladite
solution contenant du chitosane (20) sur ledit premier élément (10),
c) l'application de la au moins une formulation adhésive liquide (30) sur la zone
adhésive (13) prétraité obtenue selon l'étape de procédé b) et présentant la solution
(20) contenant du chitosane, et
d) la mise en contact dudit au moins un deuxième élément (40) avec la zone adhésive
(13) du premier élément (10) pour obtenir le produit collé (50).
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le premier, le deuxième, les autres
éléments ou tous les éléments sont des produits cellulosiques.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le premier élément (10) présentant au
moins une surface contenant des fibres (11) est choisi dans le groupe constitué par
le papier, le carton, le bois, les matériaux fibreux végétaux, les fibres naturelles,
les pansements, les textiles, les articles d'hygiène, les matériaux absorbants/adsorbants
ou les combinaisons de ceux-ci.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième
élément (40) est choisi dans le groupe constitué par un élément en plastique, le papier,
le carton, le bois, les matériaux fibreux végétaux, les fibres naturelles, les pansements,
les textiles, les articles d'hygiène, les matériaux absorbants/adsorbants ou les combinaisons
de ceux-ci.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les éléments
sont constitués de matériaux différents ou identiques.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le chitosane
est chitosane ou un dérivé de chitosane.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le chitosane
se présente sous forme d'oligomère ou de polymère.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la formulation
adhésive (30) comprend un adhésif à durcissement physique ou un adhésif à durcissement
chimique.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la formulation
adhésive (30) est une colle froide.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la solution
contenant du chitosan (20) présente une concentration en chitosan de 0,001 à 10 %
(m/v).
11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, dans une étape a1)
du procédé, la surface à coller est soumise à un agrandissement de surface avant l'exécution
de l'étape b) du procédé.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier
élément est une face de papier et le deuxième élément est un dos de papier.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le produit
est un livre.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le procédé
est mis en œuvre dans le cadre d'un procédé de lay-flat.
15. Produit collé (50) présentant au moins une surface contenant des fibres, fabriqué
selon l'un des procédés des revendications 1 à 14.
16. Dispositif pour la fabrication d'un produit (50) présentant au moins deux éléments
collés l'un à l'autre, comprenant
a) une unité de serrage (6) pour serrer au moins un premier élément (10) présentant
au moins une surface (11) contenant des fibres, en particulier une pince à bloc de
livre,
b) un dispositif de dégagement des fibres (3) pour l'agrandissement de la surface
d'au moins une surface à coller de l'au moins un premier élément (10) présentant au
moins une surface contenant des fibres (11),
c) un premier applicateur (7), en particulier une buse ou une unité de rouleau, pour
appliquer une solution contenant du chitosan (20) à partir d'un premier réservoir
(4) sur la au moins une surface à coller et
d) un deuxième applicateur (8) pour appliquer une formulation adhésive liquide (30)
à partir d'un deuxième réservoir (5) sur la zone de collage (13) prétraitée avec la
solution contenant du chitosane (20).