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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Mehrschichtfolien mit wenigstens einer freiliegenden
Polyethylenoberflächenschicht.
Die Erfindung betrifft auch die Herstellung von Etiketten und anderen
Verbundwerkstoffen unter Verwendung solcher Mehrschichtpolymerfolien
als Deckmaterial.
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Hintergrund
der Erfindung
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Es
ist schon lange bekannt, druckempfindliche Klebstoffmaterialien
für Etiketten
herzustellen und zu vertreiben, indem man eine Schicht der Stirnfläche oder
des Deckmaterials für
das Etikett oder für
Embleme bereitstellt, welches eine Rückenschicht aus einer Schicht
eines druckempfindlichen Klebstoffes hat, welcher seinerseits durch
eine Deckschicht oder einen Träger
bedeckt ist. Die Deckschicht oder der Träger schützen den Klebstoff während des
Transports und der Lagerung und erlauben eine effiziente Handhabung
einer Gruppe einzelner Etiketten, nachdem die Etiketten mit einem
Werkzeug geschnitten wurden und die Matrize wird von der Deckmaterialschicht
bis zu dem Punkt, wo die einzelnen Etiketten in einer Aufeinanderfolge
auf einer Etikettierstrecke abgegeben werden, abgezogen. Während der
Zeit vom Schneiden mit einem Werkzeug bis zum Abgeben bleibt die
Deckschicht oder der Träger
ungeschnitten und kann für
die Lagerung, den Transit und den Einsatz der Anordnung einzelner
Etiketten, die darauf getragen werden, aufgerollt oder abgerollt
werden.
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Unzuverlässige Abgabe
ist typischerweise dadurch gekennzeichnet, daß das Etikett dem Träger um eine
Abschälplatte
herum folgt, ohne daß es
von dem Träger
für ein
Aufbringen auf das Substrat abgegeben oder „abstehend gemacht wird. Ein
solcher Fehler bei der Abgabe dürfte
mit übermäßigen Abgabewerten
zwischen dem Etiketten-Deckmaterial und der Deckschicht verbunden
sein. Die Verteilbarkeit hängt
auch von der Steifheit des Deckmaterials ab. Fehler bei der Abgabe
können
auch durch das Knittern des Etiketts infolge fehlender Etikettsteifheit
bei der Abgabegeschwindigkeit gekennzeichnet sein, bei der die Übertragung
von dem Träger
auf das Substrat erfolgt. Ein anderer spezieller Bedarf in vielen
Etikettierungsanwendungen ist die Fähigkeit, Polymerfilmetiketten
mit hoher Arbeitsliniengeschwindigkeit aufzubringen, da eine Erhöhung der
Arbeitsliniengeschwindigkeit offensichtlich Kosteneinsparungsvorteile
bringt.
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In
vielen Etikettieranwendungen ist es erwünscht, daß das Deckmaterial eine Folie
aus Polymermaterial ist, welche in Papier fehlende Eigenschaften
liefern kann, wie Klarheit, Dauerhaftigkeit, Festigkeit, Wasserbeständigkeit,
Abriebbeständigkeit,
Glanz und andere Eigenschaften. Historisch gesehen, wurden polymere Deckmaterialien
von Dicken größer als
etwa 3 mil (etwa 75 Mikro meter) verwendet, um Dispensierbarkeit
in automatischen Etikettiermaschinen zu gewährleisten. Beispielsweise wurden
weichgemachte Polyvinylchloridfolien mit einer Dicke von etwa 3,5
bis 4,0 mil (87,5 bis 100 Mikrometer) in Etikettieranwendungen eingesetzt, da
diese Folien die erwünschten
Flexibilitätseigenschaften
zeigten. Die Migration der in PVC-Folien verwendeten Weichmacher
für die
Umwandlung der normalerweise steifen Folien in flexible Folien wurde
als ein Hauptproblem für
diese Filmtypen erkannt, da hierdurch für diese Folientypen ein Verlust
an erwünschten
Eigenschaften, wie Haftung, Farbansammlung, Schrumpfung und Flexibilität, erfolgte.
Eventuell führt
die Migration des Weichmachers zum Knittern, Reißen oder visuellen Verschlechterungen
des Deckmaterials und/oder des Etiketts. Es ist auch erwünscht, die
Dicke oder „down-gauge" des Deckmaterial
zu reduzieren, um Einsparungen in den Materialkosten zu erhalten.
Eine solche Reduktion in der Dicke des Deckmaterials führte oftmals zu
verminderter Steifheit und der Unmöglichkeit, die Etiketten in
einer zuverlässigen,
gewerblich annehmbaren Weise unter Verwendung automatischer Maschinerie
mit Werkzeugen zu schneiden und abzugeben. Auch aus Umweltgründen wurde
Druck ausgeübt,
Etiketten aus anderen Polymerdeckmaterialien als Polyvinylchlorid herzustellen.
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Die
US-5,314,749 beschreibt eine Mehrschicht-Schrumpffolie, die in der
Längs-
und/oder Querrichtung ausgerichtet ist und eine innere Schicht aus
Polyethylen mit hoher Dichte umfaßt und äußere Schichten aufweist, die
jeweils olefinisches Polymer oder Copolymer umfassen.
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Polymermaterialien,
die in dem Stand der Technik zur Verwendung bei der Herstellung
von Etiketten vorgeschlagen werden, sind beispielsweise biaxial
orientiertes Polypropylen („BOPP") von Dicken abwärts bis etwa
2,0 mil (50 Mikrometer). Die US-5,194,324 beschreibt ein opakes,
biaxial orientiertes, polymeres Etikettenmaterial mit einer Struktur,
die eine thermoplastische Polymermatrize mit einer Kernschicht,
die eine erste und zweite Oberfläche,
eine Hochglanz-Polyethylenhautschicht mit mittlerer Dichte, die
an der ersten Oberfläche
der Kernschicht anhaftet, eine zweite thermoplastische Polymerhautschicht,
die an der zweiten Oberfläche der
Kernschicht anhaftet und eine Klebstoffschicht hat.
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Diese
Materialien ergeben Kosteneinsparungen, da sie relativ preiswert
sind, und sie besitzen ausreichend Steifheit, um gut verteilt zu
werden. Diese Materialien haben aber relativ hohe Dehnungsmodulwerte
in Maschinenlaufrichtung (MD) wie in Querrichtung (CD), die zu unannehmbaren
Formanpassungseigenschaften führt.
Wenn biaxial orientierte Filme auf starren Substraten, wie Glasflaschen,
aufgebracht werden, ist die Aufbringung nicht vollständig erfolgreich.
Die relativ steifen Etiketten haben eine Neigung, Oberflächenvertiefungen
und die Formnähte,
die aus der Flaschenherstellung stammen, zu überbrücken, was zu einem unerwünschten
Oberflächenaussehen
des aufgebrachten Etiketts, welches eingeschlossene Luftblasen vortäuscht, führt. Dies
hat etwas die Verwendung von Etiketten mit druckempfindlichem Klebstoff
als Ersatz für die
Etikettierung von Glasflaschen nach dem Stand der Technik verhindert,
wie direkt an die Flaschenoberfläche
während
der Glasflaschenherstellungsverfahren gebundene Keramiktinte, da
Kunden das Aussehen nicht attraktiv fanden. Solche keramische Tintentechnik
ist aus die Umwelt betreffenden Gründen nicht erwünscht aufgrund
von zu beanstandenden Tintenbestandteilen und der Kontamination
mit der Tinte in dem zerstoßenen
Flaschenglas in Rückführverfahren.
Versuche, die relativ steifen, orientier ten Polypropylenfolien auf
flexiblen Substraten, wie Kunststoffflaschen, zu verwenden, waren
auch nicht voll erfolgreich, da die Etiketten nicht die erforderliche
Flexibilität
haben, um sich an die flexiblen Kunststoffbehältern anzupassen. Orientierte
Polypropylenfolien sind auch schwieriger zu bedrucken als PVC- oder
Polyethylenfolien.
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Andere
brauchbare Materialien sind unorientierte Polyethylen- und Polypropylenfolien,
die auch relativ billig und anpaßbar sind. Jedoch sind beide
dieser Folienarten schwierig mit einem Werkzeug zu schneiden und
lassen sich bei geringen Dicken nicht gut abgeben. In Europa wurde
ein unorientiertes, relativ dickes Polyethylen-Deckmaterial erfolgreich
für die
Herstellung von Etiketten genutzt. Das Deckmaterial ist mit einem Werkzeug
schneidbar, und die Etiketten können
in einer automatischen Abgabevorrichtung mit hoher Geschwindigkeit
abgegeben werden. Die normale Dicke dieses „Standard"-Polyethylen-Deckmaterials ist in Europa
etwa 4,0 mil (100 Mikrometer). Versuche, die Standarddicke des Polyethylen-Deckmaterials
zu vermindern, um die Kosten zu reduzieren, ergaben keinerlei Erfolgsgrad,
da das dünnere
Polyethylen-Deckmaterial nicht leicht mit einem Werkzeug schneidbar
ist, wobei das Werkzeug auf der Deckschicht eine Markierung und auf
dem geschnittenen Etikett Streifen zurückläßt. Darüber hinaus ist das dünnere Deckmaterial
aufgrund von verminderter Steifheit bei höheren Geschwindigkeiten über einer
Abschälplatte
schwierig abzugeben. Es ist auch erwünscht, ein dünneres Deckmaterial
auf der Basis von Polyethylen zu entwickeln, da Drucktechnologien
und Einfärbungen
entwickelt wurden, die beim Bedrucken von Polyethylen erfolgreich
sind. Konverter werden in der Lage sein, dünnere Polyethylenfolien zu
benutzen und zu bedrucken, ohne die Drucktechnologie und Druckfarben,
die derzeit verwendet werden, zu ändern.
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Demnach
ist es erwünscht,
ein Polyethylen herzustellen, das Deckmaterial enthält, welches
dünner als
die „standardmäßigen" 4 mil, bedruckbar,
mit Werkzeugen schneidbar und verteilbar ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Eine
Ausführungsform
dieser Erfindung ist ein mehrschichtiges Foliendeckmaterial für Etiketten,
mit einer Basisschicht mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche und
wenigstens einer ersten Hautschicht, welche an die obere Oberfläche der
Basisschicht durch eine Verbindungsschicht gebunden ist, wobei die
Basisschicht ein Propylen-Homopolymer oder -Copolymer oder ein Gemisch
eines Propylen-Homopolymers und wenigstens eines Propylen-Copolymers
oder ein in Maschinenrichtung orientiertes Polyethylen mit einer
Dichte oberhalb 0,940 g/cm3 umfaßt und wobei
die erste Hautschicht im wesentlichen aus wenigstens einem Polyethylen
mit einer Dichte von 0,940 g/cm3 oder weniger
besteht und worin das mehrschichtige Deckmaterial oder die Basisschicht
nur in der Maschinenlaufrichtung orientiert und hitzestabilisiert
sind.
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Es
werden auch Klebstoffe beschrieben, die Mehrschichtmaterialien für die Verwendung
bei Klebstoffetiketten enthalten, welche die oben beschriebenen
mehrschichtigen Foliendeckmaterialien und eine mit der unteren Oberfläche der
Basisschicht verbundene Klebstoffschicht enthalten. Etiketten, die
aus dem Deckmaterial und dem Etikettenmaterial hergestellt sind,
sind auch beschrieben.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Querschnitt eines Deckmaterials der vorliegenden Erfindung mit
drei Schichten.
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2 ist
ein Querschnitt eines Deckmaterials der vorliegenden Erfindung mit
vier Schichten.
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3 ist
ein Querschnitt eines Deckmaterials der vorliegenden Erfindung mit
fünf Schichten.
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4 ist
ein Querschnitt eines Etikettenmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung
mit dem Deckmaterial, das in 3 erläutert ist,
mit einer Klebstoffschicht.
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5A bis 5D erläutern schematisch
bestimmte Herstellungsstufen bezüglich
der Herstellung und der Verwendung der mit dem Werkzeug geschnittenen
Etiketten nach dieser Erfindung.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung betrifft in einer Ausführungsform die Feststellung,
daß ein
mehrschichtiges Folienmaterial, das für die Herstellung bedruckbarer
oder bedruckter Etiketten geeignet ist, mit einer dünneren Abmessung
hergestellt werden kann, welches die erwünschten Merkmale des „Standard"-Polyethylensichtmaterials,
wie Bedruckbarkeit, Steifigkeit, Flexibilität, Schneidbarkeit mit Werkzeugen
und Verteilbarkeit besitzt. Das Mehrschicht-Foliendeckmaterial nach
der Erfindung umfaßt
in einer Ausführungsform
eine Basisschicht mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche und
wenigstens eine erste Hautschicht, die an die obere Oberfläche der
Basisschicht durch eine Verbindungsschicht gebunden ist, wobei die
Basisschicht aus einem Propylen-Homopolymer
oder -Copolymer oder einem Gemisch eines Propylen-Homopolymers und
wenigstens eines Propylen-Copolymer oder einem in Maschinenrichtung
orientierten Polyethylen mit einer Dichte von mehr als 0,940 g/cm3 besteht und die erste Hautschicht im wesentlichen
aus wenigstens einem Polyethylen mit einer Dichte von etwa 0,940
g/cm3 oder weniger besteht, und worin das
mehrschichttige Deckmaterial oder die Basisschicht in Maschinenlaufrichtung
orientiert und hitzestabilisiert ist.
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Diese
Ausführungsform,
die wenigstens drei Schichten umfaßt, ist als Etikett 10 in 1 erläutert und umfaßt eine
Basisschicht 12 und eine Hautschicht 14, welche
an die obere Oberfläche
der Basisschicht 12 durch eine Bindungsschicht 16 gebunden
ist. Die Hautschicht 14 in 1 wird hierin
allgemein als die erste Hautschicht des mehrschichtigen Foliendeckmaterials
nach der Erfindung bezeichnet.
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Wie
oben bemerkt, umfaßt
die Basisschicht ein Propylen-Homopolymer oder -Copolymer oder ein
Gemisch eines Propylen-Homopolymers und wenigstens eines Propylen-Copolymers.
Wenn Gemische von Homopolymeren und Copolymeren in der Basisschicht
verwendet werden, können
diese Gemische etwa 5 bis etwa 95% des Homopolymers und entsprechend
etwa 95 bis etwa 5 Gew.-% des Copolymers umfassen. Die Propylen-Homopolymere,
die als das Basismaterial entweder alleine oder in Kombination mit
einem Propylen-Copolymer, wie hier beschrieben, benutzt werden können, schließen eine
Vielzahl von Propylen-Homopolymeren ein, wie jene mit Schmelzflußgeschwindigkeiten
(MFR) von etwa 1 bis etwa 20, bestimmt nach ASTM Test D1238, Bedingung
L.
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Propylen-Homopolymere
mit MFRs von wenigstens etwa 4 (vorzugsweise wenigstens etwa 8)
sind besonders brauchbar und ergeben Deckmaterialien mit verbesserter
Schneidbarkeit mit Werkzeugen. Brauchbare Propylen-Homopolymere
können
auch in der Weise gekennzeichnet werden, daß sie Dichten im Bereich von
etwa 0,88 bis etwa 0,92 g/cm3 haben.
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Eine
Anzahl brauchbarer Propylen-Homopolymere sind im Handel bei einer
Reihe von Quellen erhältlich.
Einige der brauchbaren Homopolymere sind in der folgenden Tabelle
I aufgelistet und beschrieben.
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Tabelle
I Handelsübliche Propylen-Homopolymere
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Die
Propylen-Copolymere, die in der Basisschicht benutzt werden können, umfassen
allgemein Copolymere von Propylen und bis zu etwa 40 Gew.-% wenigstens
eines alpha-Olefins, ausgewählt
unter Ethylen und alpha-Olefinen mit 4 bis etwa 8 Kohlenstoffatomen.
Beispiele brauchbarer alpha-Olefine schließen Ethylen, 1-Buten, 1-Penten,
4-Methyl-1-Penten, 1-Hexen, 1-Hepten und 1-Octen ein. Häufiger umfassen die Copolymere
von Propylen, die in der vorliegenden Erfindung benutzt werden,
Copolymere von Propylen mit Ethylen, 1-Buten oder 1-Octen ein. Die
Propylen-alpha-Olefin-Copolymere,
die in der vorliegenden Erfindung brauchbar sind, schließen willkürliche wie
auch Block-Copolymere ein, obwohl die willkürlichen Copolymere allgemein
bevorzugt sind. Gemische der Copolymere sowie Gemische der Copolymere
mit Propylen-Homopolymeren können
als die Zusammensetzung für
die Basisschicht benutzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform sind
die Propylen-Copolymere Propylen-Ethylen-Copolymere mit Ethylengehalten
von etwa 0,2 bis etwa 10 Gew.-%. Vorzugsweise ist der Ethylengehalt
bei etwa 3 bis etwa 10 Gew.-% und stärker bevorzugt bei etwa 3 bis
etwa 6 Gew.-%. In Bezug auf die Propylen-1-Buten-Copolymere sind
1-Butengehalte von
bis zu etwa 15 Gew.-% brauchbar. Nach einer Ausführungsform kann der 1-Butengehalt allgemein
im Bereich von etwa 3 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-%, und bei anderen
Ausführungsformen
kann der Bereich von etwa 5 bis etwa 15 Gew.-% betragen. Bei der
vorliegenden Erfindung brauchbare Propylen-1-octen-Copolymere können bis
zu etwa 40 Gew.-% 1-Octen enthalten. Stärker bevorzugt werden die Propylen-1-octen-Copolymere
bis zu etwa 20 Gew.-% 1-Octen enthalten.
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Die
bei der Herstellung des Foliendeckmaterials der vorliegenden Erfindung
verwendeten Propylen-Copolymere können nach Methoden hergestellt
werden, welche dem Fachmann wohlbekannt sind, und viele solcher
Copolymere sind im Handel erhältlich.
Beispielsweise können
die Copolymere, die bei der vorliegenden Erfindung brauchbar sind,
durch Copolymerisation von Propylen mit einem alpha-Olefin, wie
Ethylen oder 1-Buten, unter Verwendung von Metallocen-Katalysatoren
an einer einzelnen Stelle erhalten werden. Eine Liste einiger brauchbarer,
im Handel erhältlicher
Propylen-Copolymere findet sich in der folgenden Tabelle II. Die
bei der Erfindung brauchbaren Copolymere haben eine MFR von etwa
1 bis etwa 20, vorzugsweise von etwa 1 bis etwa 12. Verbesserte
Schneidbarkeit mit Werkzeugen bekommt man, wenn die Propylen-Copolymere
MFRs von wenigstens etwa 4 besitzen.
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Tabelle
II Handelsübliche Propylen-Copolymere
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung kann die Basisschicht ein Polyethylen hoher Dichte umfassen,
welches letztlich in der Maschinenlaufrichtung orientiert wird.
Polyethylenfolien mit einer Dichte oberhalb etwa 0,940 g/cm3 und bis zu etwa 0,980 g/cm3,
welche in der Maschinenlaufrichtung durch Strecken ausgerichtet
wurden, sind besonders brauchbar. Streckverhältnisse können von etwa 2:1 bis etwa
9:1 betragen. Bei dieser Ausführungsform
ist die Bindungsschicht zwischen der Basisschicht und der ersten
Hautschicht fakultativ, da beide Schichten Polyethylen enthalten.
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Die
Basisschicht kann andere Additive enthalten, um die Eigenschaften
der Basisschicht und der Deckschicht zu modifizieren. Beispielsweise
können
Farbmittel in der Basisschicht eingeschlos sen sein, wie TiO2, CaCO3 etc. Das
Vorhandensein kleiner Mengen von TiO2 führt beispielsweise
zu einem weißen
Deckmaterial. Antihaftmittel können
auch in der Basisschicht eingearbeitet sein. AB-5 ist ein Antihaftmittelkonzentrat, das
bei A. Schulman Inc., 3550 West Market Street, Akron, Ohio 44333,
erhältlich
ist und das 5% feste synthetische amorphe Kieselsäure in 95%
Polyethylen niedriger Dichte enthält. ABPPO5SC ist ein Antihaftmittelkonzentrat
von Schulman mit einem Gehalt von 5% der synthetischen amorphen
Kieselsäure
in einem Propylen-Copolymer. Die Menge an Antihaftmittel (Kieselsäure), die
in der Basisschicht vorliegt, kann im Bereich von etwa 500 bis etwa
5000 ppm liegen, wobei Mengen von etwa 1000 ppm bevorzugt sind.
Bei einigen Ausführungsformen
ist es auch vorteilhaft, flexible Polyolefine zu der Basisschicht
zuzugeben, um die Körnigkeit
und CD-Spaltung zu vermindern. Brauchbare flexible Polyolefine (Polypropylen-Copolymere)
sind von Rexene unter der Handelsbezeichnung W-105, W-107 und W-113
erhältlich.
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Die
erste Hautschicht, die an die obere Oberfläche der Basisschicht durch
eine Bindungsschicht in den mehrschichtigen Foliendeckschichten
der vorliegenden Erfindung gebunden ist, besteht im wesentlichen
aus wenigstens einem Polyethylen mit einer Dichte von etwa 0,940
g/cm3 oder weniger. Solche Polyethylene
werden allgemein in dem Stand der Technik als Polyethylene geringer
Dichte oder mittlerer Dichte bezeichnet, und diese Polyethylen-Homopolymere
können
mit dem Fachmann bekannten Methoden, einschließlich hohen Druckes, Katalyse
mit freien Radikalen und Verfahren unter Verwendung von Metallocen-Katalysatoren,
hergestellt werden. Polyethylene niedriger Dichte und Metallocen-katalysierte
Verfahren zur Herstellung solcher Polyethylene sind in den US-Patenten
5,358,792, 5,462,809, 5,468,440, 5,475,075 und 5,530,054 beschrieben. Jedes
dieser Patente ist hierbei durch Bezugnahme hinsichtlich seiner
Offenbarung von Metallocen-Katalysatoren, Polyethylenen und Verfahren
zur Herstellung von Polyethylenen hier einbezogen. Metallocen-katalisiertes Polyethylen
hat allgemein eine Dichte von etwa 0,850 bis etwa 0,925 g/cm3 und häufiger
von etwa 0,870 bis etwa 0,920 g/cm3.
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Brauchbare
Ethylen-Homopolymere für
die erste Hautschicht umfassen jene mit Dichten von 0,850 bis etwa
0,940 oder weniger. Polyethylene mit Dichten von 0,850 bis etwa
0,925 g/cm3 werden allgemein als Polyethylene
mit niedriger Dichte bezeichnet, und Polyethylene mit Dichten zwischen
etwa 0,925 und 0,940 werden in der Technik als Polyethylene mittlerer
Dichte bezeichnet. Die Polyethylene niedriger und mittlerer Dichte,
die in der ersten Hautschicht verwendbar sind, können auch als solche mit einem
Schmelzindex (bestimmt nach ASTM Test D1238, Bedingung E) im Bereich
von 0,5 bis etwa 25 gekennzeichnet werden. Außer den obigen Dichten und
Schmelzindizes können
die Polyethylene niedriger Dichte durch Zugfestigkeiten zwischen etwa
1,52 × 104 bis etwa 2,21 × 104 kPa,
typischerweise etwa 1,86 × 104 kPa (etwa 2200 bis etwa 3200 psi, typischerweise
etwa 2700 psi) gekennzeichnet werden, und die Polyethylene mittlerer
Dichte können
als solche mit Zugfestigkeiten zwischen etwa 2,07 × 104 bis etwa 2,76 × 104 kPa,
typischerweise etwa 2,34 × 104 kPa (etwa 3000 und etwa 4000 psi, typischerweise
etwa 3400 psi) gekennzeichnet werden. Die Festlegung, ob ein Polyethylen
niedriger Dichte oder mittlerer Dichte als die erste Hautschicht
zu benutzen ist, beruht teilweise auf der Foliendicke der Haut und
der Gesamtdicke des Deckmaterials. Dickere Filme mit Polyethylenen
geringerer Dichte sind wegen der Weichheit und relativ niedrigen Zugfestigkeit
der Polyethylene niedriger Dichte im allgemeinen bevorzugt. Umgekehrt
können
dünnere
Folien aus Polyethylenen mittlerer Dichte in den Deckmaterialien
der vorliegenden Erfindung benutzt werden.
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Polyethylene
niedriger und mittlerer Dichte, die für die erste Hautschicht des
Deckmaterials nach dieser Erfindung nützlich sind, sind im Handel
aus verschiedenen Quellen erhältlich.
Beispiele geeigneter Polyethylene sind in der folgenden Tabelle
III zusammengestellt.
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Tabelle
III Gewerblich
erhältliche
Polyethylene
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Die
erste Hautschicht kann auch andere Additive enthalten, wie die Antihaftmittel,
die oben für
die Basisschicht beschrieben sind. Die Menge des Antihaftmittels
oder der Antihaftmittel in der ersten Hautschicht kann im Bereich
von etwa 500 bis etwa 5000 ppm liegen, wobei Mengen von etwa 1000
ppm allgemein bevorzugt sind.
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Die
mehrschichtigen Folienmaterialien nach der vorliegenden Erfindung
umfassen auch wenigstens eine Verbindungsschicht zwischen der Basisschicht
und der ersten Hautschicht. Die Verbindungsschicht kann irgendein
Polymermaterial umfassen, welches die Haftung der ersten Hautschicht
auf der Basisschicht verbessert. Nach einer Ausführungsform umfaßt die Verbindungsschicht
ein Gemisch eines Propylen-Homopolymers oder -Copolymers und eines
weichen polaren Additivs („SPA"), wie Ethylenvinylacetat-Copolymer
(EVA). Jedes der Propylen-Homopolymere oder -Copolymere, die oben
als brauchbar in der Basisschicht genannt sind, kann auch in der
Verbindungsschicht verwendet werden. Das Gewichtsverhältnis des
Propylen-Polymers oder -Copolymers und des SPA in dem Gemisch kann
im Bereich von etwa 50/50 bis 60/40 liegen. Die weichen polaren
Additive umfassen allgemein willkürliche Copolymere eines Olefins
und eines stärker
polaren Restes. Außer
dem bevorzugten weichen polaren Additiv, welches Ethylenvinylacetat-Copolymer
(EVA) ist, können
die Verbindungsschichten andere weiche polare Additive, wie Ethylenmethylacrylat
(EMA) und Acrylnitrilbutadienkautschuk einschließen.
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Besondere
Beispiele solcher Gemische, die als die Verbindungsschicht brauchbar
sind, umfassen ein Gemisch von 50% EVA und 50% willkürlichem
Propylen-Copolymer mit einem Gehalt von etwa 6% Ethylen, ein Gemisch
von 60% EVA und 40% Propylen-Homopolymer und 50% EMA und 50% eines
Propylen-Homopolymers. Spezielle Beispiele von Ethylenvinylacetat-Copolymeren,
die bei der vorliegenden Erfindung brauchbar sind, sind jede, die
18% Vinylacetat und 28% Vinylacetat enthalten.
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Die
Verbindungsschichten können
auch polare Additive umfassen, wie Ethylenmethylacrylat (EMA) ohne
zusätzliches
Propylen-Polymer. Beispiele eines brauchbaren, handelsüblichen
EMA schließen EM-803-115
(Schmelzindex = 3,5), EM 806-009 (Schmelzindex = 6,0) und EM 802-009
(Schmelzindex = 2,0), erhältlich
bei Equistar, 1221 McKinney, Houston, Texas 77252, ein.
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Gemische
von Propylen-Polymeren und Ethylen-Polymeren können in der Verbindungsschicht
benutzt werden, und die Gemische können etwa 25 bis etwa 75% eines
Propylen-Polymers und entsprechend etwa 75 bis etwa 25% eines Polyethylens
umfassen. Ein Gemisch von 50 Gew.-% Propylen-Homopolymer 5A97 und
50 Gew.-% Bynel, ein modifiziertes lineares Polyethylen mit niedriger
Dichte (DuPont), ist ein Beispiel eines Gemisches, welches als eine
Verbindungsschicht brauchbar ist. Der Schmelzindex der Polymere und
Polymergemische, die in den Verbindungsschichten verwendet werden,
kann im Bereich von etwa 1 bis etwa 20 unter Testbedingung E von
ASTM Test D 1238 liegen. Häufiger
ist der Schmelzindex etwa 2 bis etwa 20 und in einer am meisten
bevorzugten Ausführungsform
ist der Schmelzindex etwa 6.
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Verschiedene
keimbildende Mittel und Pigmente können in die Folienzusammensetzungen
der vorliegenden Erfindung eingearbeitet werden. Vorzugsweise werden
die keimbildenden Mittel in die Basisschicht und/oder die Verbindungsschicht,
aber nicht in die erste Hautschicht eingeführt. Die Menge an zuzugebenem Keimbildungsmittel
sollte eine ausreichende Menge sein, um die erwünschte Modifikation der Kristallstruktur zu
bekommen, ohne eine nachteilige Wirkung auf die erwünschten
Eigenschaften des Deckmaterials zu erhalten. Es ist allgemein erwünscht, ein
Keimbildungsmittel zu verwenden, um die Kristallstruktur zu modifizieren und
eine große
Anzahl von beachtlich kleineren Kristallen oder Spärulithen
zu bekommen, die offensichtlich die Transparenz (Klarheit), die
Steifheit und die Schneidbarkeit des Filmes verbessern. Offensichtlich
sollte die Menge an Keimbildungsmittel, die zu der Folienformulierung
zugegeben wird, keine schädliche
Wirkung auf die Klarheit der Folie haben. Keimbildungsmittel, die
bisher für
Polymerfilme benutzt wurden, beinhalten mineralische Keimbildungsmittel
und organische Keimbildungsmittel. Beispiele für mineralische Keimbildungsmittel sind
Ruß, Kieselsäure, Kaolin
und Talkum. Unter den organischen Keimbildungsmitteln, die als brauchbar
in Polyolefinfolien vorgeschlagen wurden, sind Salze aliphatischer,
monobasischer oder zweibasischer Säuren oder Arylalkylsäuren, wie
Natriumsuccinat, Natriumglutarat, Nartriumcaproat, Natium-4-Methylvalerat,
Aluminiumphenylacetat und Natriumcinnamat, enthalten. Alkalimetall-
und Aluminiumsalze von aromatischen und alicyclischen Carbonsäuren, wie
Aluminiumbenzoat, Natriumkaliumbenzoat, Natrium-beta-Naphtholat,
Litiumbenzoat und Aluminiumtertiärbutylbenzoat,
sind auch brauchbare organische Keimbildungsmittel. Substituierte
Sorbitolderivate, wie Bis-(benzyliden)- und Bis-(alkylbenzylidin)-sorbitole,
worin die Alkylgruppen etwa 2 bis etwa 18 Kohlenstoffatome enthalten,
sind brauchbare Keimbildungsmittel. Spezieller sind Sorbitolderivate,
wie 1,3,2,4-Dibenzylidensorbitol, 1,3,2,4-Di-para-methylbenzylidensorbitol
und 1,3,2,4-Di-para-methylbenzylidensorbitol
wirksame Keimbildungsmittel für
Polypropylene. Brauchbare Keimbildungsmittel sind bei einer Reihe von
Quellen im Handel erhältlich.
Millad 8C-41-10, Millad 3988 und Millad 3905 sind Sorbitol-Keimbildungsmittel,
die bei Milliken Chemical Co. erhältlich sind.
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Die
Mengen von Keimbildungsmitteln, die in die Folienformulierungen
der vorliegenden Erfindung eingearbeitet werden, sind allgemein
recht klein und liegen im Bereich von etwa 100 bis etwa 2000 oder
4000 ppm des gesamten Deckmaterials. Vorzugsweise sollte die Menge
an Keimbildungsmittel etwa 2000 ppm nicht übersteigen, und in einer Ausführungsform
erscheint eine Konzentration von etwa 300 bis 500 ppm optimal.
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Die
Schichten von dreischichtigem Deckmaterial, welches in 1 erläutert ist,
können
durch eine Vielzahl von Methoden gebildet werden, die dem Fachmann
auf dem Gebiet bekannt sind. Das US-Patent 5,186,782 (Freedmann)
und die US-Patente 5,242,650 (Rackovan et al.) sowie 5,435,963 (Rackovan
et al.) beschreiben brauchbare Verfahren zur Herstellung mehrschichtiger
Filme, und diese Patentschriften werden hierdurch in den vorliegenden
Text einbezogen.
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Die
drei Schichten können
durch gleichzeitiges Extrudieren aus einem geeigneten bekannten
Typ von Coextrusionsdüse
gebildet werden, und die drei Schichten werden zum Anhaften aneinander
in einen permanent vereinigten Zustand gebracht, um ein gleichmäßiges Coextrudat
zu bilden. Alternativ kann die Basisschicht durch Extrudieren der
Basisschicht auf einem Substrat, gefolgt von Coextrusionsbeschichtung
mit der Verbindungsschicht und der ersten Hautschicht auf die Basisschicht
und dabei Bilddung einer dreischichtigen Struktur, in der die Schichten
permanent aneinander haften, erhalten werden. In einer anderen alternativen Ausführungsform
können
die drei Schichten durch Extrudieren getrennt hergestellt und danach
miteinander durch Anwendung von Wärme und Druck laminiert werden.
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Allgemein
ist die Basisschicht relativ dick im Vergleich mit der ersten Hautschicht
und der Verbindungsschicht. Bei einer anderen, obwohl nicht grundsätzlich bevorzugten
Ausführungsform,
kann die erste Hautschicht relativ dick sein im Vergleich zu der
Basisschicht und zu der Verbindungsschicht. Demnach können die Dickenverhältnisse
für die
drei geschichteten Folien, wie in 1 gezeigt,
im Bereich von etwa 90:5:5 bis 5:5:90 liegen. Allgemein bevorzugte
Dickenverhältnisse
für die
drei geschichteten Folien (Basisschicht:Verbindungsschicht:erste
Hautschicht) umfassen: 90:5:5; 80:10:10; 70:15:15; 85:5:10 und 80:5:15.
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Die
erwünschten
Eigenschaften der Mehrschichtfoliendeckmaterialien der vorliegenden
Erfindung werden verbessert insbesondere in Bezug auf die Gurley-Steifheit
in Maschinenlaufrichtung und die Schneidbarkeit mit Werkzeugen,
wenn wenigstens die Basisschicht und stärker bevorzugt die gesamte
Deckschicht nur in der Maschinenlaufrichtung orientiert ist. Allgemein
werden die Basisschicht und/oder die Decksmaterialien in der Maschinenlaufrichtung
mit einem Streckverhältnis
von wenigstens 2:1 und stärker
bevorzugt einem Streckverhältnis
von etwa 3:1 bis etwa 9:1 orientiert. Bei einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
wird das Deckmaterial in der Maschinenlaufrichtung mit einem Verhältnis von
etwa 4:1 bis etwa 6:1 orientiert. Die orientierten Foliendeckmaterialien
werden dann vorzugsweise hitzegehärtet oder getempert, um Formbeständigkeit
(d.h. zur Vermeidung von Schrumpfungen, Ermüdungen oder Verwertung der
Folie) zu erhalten.
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Ein
mehrschichtiges Foliendeckmaterial nach der vorliegenden Erfindung,
worin nur die Basisschicht in Maschinenlaufrichtung orientiert wurde,
kann durch Herstellung einer in Maschinenlaufrichtung orientierten Polypropylenfolie
und danach unter Coextrusionsbeschichtung mit der Verbindungsschicht
und der ersten Hautschicht über
der orientierten Polypropylenschicht zur Bildung eines dreischichtigen
Deckmaterials erhalten werden. Häufiger
jedoch wird das gesamte Deckmaterial nach der Bildung, vorzugsweise
durch Coextrusion, in Maschinenlaufrichtung orientiert.
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Die
oben beschriebene und in 1 erläuterte Dicke des mehrschichtigen
Folienmaterials kann im Bereich von etwa 0,5 mil (12,5 Mikrometer)
liegen bis etwa 10 mil (250 Mikrometer), abhängig von der beabsichtigten
Verwendung des Deckmaterials. Öfter
jedoch werden die mehrschichtigen Foliendeckmaterialien der vorliegenden
Erfindung eine Dicke von weniger als 6 mil (150 Mikrometer) haben.
Die Deckmaterialdicken von etwa 1 bis etwa 6 mil (25 bis 150 Mikrometer),
häufiger
von etwa 1 bis etwa 4 mil (25 bis 100 Mikrometer) und am häufigsten
etwa 1,5 bis etwa 2,5 mil (37,5 bis 62,5 Mikrometer) sind besonders
brauchbar für
die Herstellung von Etiketten zur Verwendung für steife und flexible Substrate.
Wie oben erwähnt,
besteht nach der Erfindung ein besonderes Merkmal des mehrschichtigen
Foliendeckmaterials darin, daß sehr
dünne Folien (i.e.
1–2,5
mil oder 25–62,5
Mikrometer) hergestellt werden können
und daß es
bei der Bildung von Etiketten brauchbar ist.
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2 erläutert eine
andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, worin das mehrschichtige Foliendeckmaterial
wenigstens vier Schichten umfaßt.
In 2 besitzt das Deckmaterial 20 eine Basisschicht 22 mit
einer oberen Oberfläche
und einer unteren Oberfläche,
eine erste Hautschicht 24, die mit der oberen Oberfläche der
Basisschicht 22 durch die Verbindungsschicht 26 verbunden
ist, sowie eine zweite Hautschicht 28, die mit der unteren
Oberfläche
der Basisschicht 22 verbunden ist. Die obige Beschreibung
der Basisschicht, der Verbindungsschicht und der ersten Hautschicht
der in 1 erläuterten
Ausführungsform
trifft auch in ihrer Gesamtheit auf die in 2 gezeigte
Ausführungsform
zu. Der einzige Unterschied zu der in 2 gezeigten
Ausführungsform
ist das Vorhandensein der zweiten Hautschicht 28, die an
die untere Oberfläche
der Basisschicht 22 gebunden ist.
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Die
Zusammensetzung der zweiten Hautschicht 28 kann die gleiche
sein wie die erste Hautschicht oder von der Zusammensetzung der
ersten Hautschicht unterschiedlich sein. So kann die zweite Hautschicht aus
dem gleichen Polyethylen bestehen, welches in der ersten Hautschicht
vorliegt, oder die zweite Hautschicht kann ein anderes Polyethylen
umfassen (zum Beispiel ein Polyethylen mit einer unterschiedlichen Dichte
oder hergestellt nach einer anderen Methode).
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Zusammensetzung der zweiten Hautschicht 28 unterschiedlich
gegenüber
der Zusammensetzung der ersten Hautschicht 24 sein, und
in dieser Ausführungsform kann
die zweite Hautschicht ein Polyethylen umfassen, welches unterschiedlich
gegenüber
dem Polyethylen ist, welches in der ersten Hautschicht verwendet
wurde (einschließlich
der Polyethylene mit niedriger und mittlerer Dichte), oder einem
Thermoplastfilm, der Polymer bildet, welches nicht ein Polyethylen
mit einer Dichte von etwa 0,940 g/cm3 oder
weniger ist. Beispiele von thermoplastischen filmbildenden Polymeren,
die in der zweiten Hautschicht alleine oder in Kombination genutzt
werden können,
beinhalten Polyolefine (linear oder verzweigt), Polyamide, Polystyrole,
Nylon, Polyester, Polyester-Copolymere, Polyurethane, Polysulfone,
Polyvinylchlorid, Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymere,
Styrol-Acrylnitril-Copolymere, Ionomere, die auf Natrium- oder Zinksalzen
von Ethylenmethacrylsäure
beruhen, Polymethylmethacrylate, Zelluloseverbindungen, Fluor-Kohlenwasserstoffe,
Acrylpolymere und -copolymere, Polycarbonate, Polyacrylnitrile und
Ethylenvinylacetat-Copolymere. Einige spezielle Beispiele von Thermoplasten,
die in der zweiten Hautschicht nützlich
sind, beinhalten Acrylate, wie Ethylenmethacrylsäure, Ethylenmethylacrylat,
Ethylacrylsäure
und Ethylenethylacrylat. In einer bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
die zweite Hautschicht ein Gemisch eines Polyethylens und eines
Propylen-Homopolymers oder -Copolymers. Die Auswahl eines speziellen
Polymers für
die zweite Hautschicht hängt
von den Eigenschaften und Charakteristiken ab, die durch das Vorhandensein
der zweiten Hautschicht zugefügt
werden sollen. Das Polymer für
die zweite Hautschicht sollte verträglich mit dem Polymer der Basisschicht
sein, um genügend
Haftung an der Basisschicht in Abwesenheit einer Verbindungsschicht
zu bekommen. Beispielsweise, wenn die Basisschicht ein Polypropylenpolymer
enthält,
wird eine zweite Hautschicht, die wenigstens einiges Propylenpolymer
umfaßt,
an der Basisschicht ohne eine Zwischenschicht anhaften. Es wurde
auch gefunden, daß die
Verwendung einer Zusammensetzung in der zweiten Hautschicht, wenn
sie sich von der ersten Hautschicht unterscheidet, die Tendenz zur
Blockierung reduziert, wenn das Deckmaterial auf sich selbst ausgerollt
wird.
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Bei
einer Ausführungsform
ist es bevorzugt, daß die
zweite Hautschicht ein Polymer umfaßt, das weicher als das Propylenpolymer
oder -Copolymer oder Gemische von Propylenpolymeren und -Copolymeren
ist, die in der Basisschicht verwendet werden, besonders wenn die
zweite Hautschicht mit einem Klebstoff mit einer Trennbeschichtung
verbunden ist. Insbesondere ist es bevorzugt, daß das Material der zweiten
Hautschicht einen geringeren Zugmodul als den Zugmodul des Materials,
welches die Basisschicht umfaßt,
hat. Die Verwendung einer zweiten Hautschicht mit niedrigerem Zugmodul
ergibt ein Deckmaterial, welches verbesserte Schneidbarkeit mit
Werkzeugen zeigt, wenn man es mit einem Deckmaterial vergleicht,
worin das Material der zweiten Hautschicht einen höheren Zugmodul
als das Material der Basisschicht hat.
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Es
wurde auch gefunden, daß die
Deckmaterialien der vorliegenden Erfindung, die wenigstens drei Schichten
umfassen (d.h. eine Propylen-Basisschicht, eine Verbindungsschicht
und eine erste Polyethylen-Hautschicht), verbesserte Schneidbarkeit
mit Werkzeugen im Vergleich mit einer Folie des gleichen Propylenpolymer-Basismaterials äquivalenter
Dicke zeigen.
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Die
Dicke der zweiten Hautschicht, welche in 2 erläutert wird,
kann in der gleichen Weise wie die erste Hautschicht variiert werden.
Allgemein wird die Dicke der zweiten Hautschicht etwa die gleiche
wie die Dicke der ersten Hautschicht sein. Die Gesamtdicke der Deckmaterialien
mit vier Schichten, die in 2 erläutert ist,
kann so hoch wie etwa 10 mil (250 Mikrometer) und so gering wir
0,5 mil (12,5 Mikrometer) sein. In anderen Ausführungsformen wird die Gesamtdicke
im Bereich von etwa 1 mil (25 Mikrometer) bis zu etwa 4 mil (100
Mikrometer) sein, und am häufigsten
wird sie etwa 1,5 bis 2,5 mil (37,5 bis 62,5 Mikrometer) betragen.
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Die
mehrschichtigen Foliendeckmaterialaufbauten nach der vorliegenden
Erfindung können
auch wenigstens fünf
Schichten umfassen, wie in 3 erläutert ist.
In 3 umfaßt
das Deckmaterial 30 eine Basisschicht 32, eine
erste Hautschicht 34, die an die obere Oberfläche der
Basisschicht 32 mit Hilfe der Bindungsschicht 36 gebunden
ist, und eine zweite Hautschicht 38, die an die untere
Oberfläche
der Basisschicht mit Hilfe der Verbindungsschicht 37 gebunden
ist. Die obigen Diskussionen bezüglich
der Zusammensetzung und Natur der Basisschicht, der Verbindungsschichten
und der ersten und zweiten Hautschichten in den in den 1 und 2 erläuterten
Ausführungsformen
sind auf die in 3 erläuterte Ausführungsform anwendbar. Jedes
der als geeignet für
die Basisschicht, die Verbindungsschicht und die erste und zweite
Hautschicht von 2 beschriebenen Materialien
ist für
die entsprechenden Schichten von 3 geeignet.
In 3 kann die Zusammensetzung der ersten Hautschicht 34 und
der zweiten Hautschicht 38 gleich oder verschieden sein, und
die Zusammensetzungen der ersten Bindungsschicht 36 und
der zweiten Bindungsschicht 37 können auch gleich oder verschieden
sein. Obwohl die Basisschichten in den 1 bis 3 (und 4)
als eine einzige Schicht erläutert
sind, kann die Basisschicht auch mehr als eine Schicht umfassen.
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Wie
in der in 1 erläuterten Ausführungsform
ist wenigstens die Basisschicht der in den 2 und 3 gezeigten
mehrschichtigen Foliendeckmaterialien in Maschinenlaufrichtung orientiert.
Stärker
bevorzugt ist das gesamte mehrschichtige Foliendeckmaterial durch
Co-Extrusion gebildet und wird in der Maschinenlaufrichtung in einem
Streckverhältnis
von wenigstens 2:1, häufiger
mit einem Streckverhältnis
von etwa 3:1 bis etwa 9:1 und am häufigsten mit einem Streckverhältnis von
etwa 5:1 bis etwa 6:1 orientiert.
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Die
Gesamtdicke der in 3 erläuterten Ausführungsform
kann so groß wie
10 mil (250 Mikrometer) und so klein wie 0,5 mil (12,5 Mikrometer)
sein. Wie in anderen Ausführungsformen
ist das Deckmaterial vorzugsweise ein dünnes Deckmaterial von etwa
1 mil (25 Mikrometer) bis etwa 4 mil (100 Mikrometer). Häufiger liegt
das Deckmaterial zwischen etwa 1,5 und etwa 2,5 mil (37,5 bis 62,5
Mikrometer). Wie in früheren
Ausführungsformen
kann die Dicke der verschiedenen Schichten variiert werden. Bevorzugte
Dickenverhältnisse
für die
fünfschichtigen
Folien (erste Hautschicht bis zweite Hautschicht) betragen 5:5:80:5,
10:5:70:5:10, 10:10:60:10:10, 5:10:70:10:5, 10:5:70:10:5, 15:5:60:5:15
usw. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist die relative Dicke 10:5:70:5:10.
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4 erläutert noch
eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die ein mehrschichtiges Etikettenmaterial
für die
Verwendung bei der Herstellung von Klebstoffetiketten betrifft.
Das Etikettenmaterial umfaßt
ein mehrschichtiges Foliendeckmaterial 41 und eine Klebstoffschicht 49.
Das mehrschichtige Foliendeckmaterial 41 von 4 ist ähnlich dem
mehrschichtigen Deckmaterial von 3 und umfaßt fünf Schichten.
Die vorliegende Erfindung betrachtet auch mehrschichtige Klebstoffetikettenmaterialien,
die mehrschichtige Foliendeckmaterialien mit drei oder vier Schichten
und einer Klebstoffschicht umfassen. Solche Etikettenmaterialien
können
durch Zugabe einer Klebstoffschicht zu in 1 und 2 erläuterten
Deckmaterialien beschrieben werden, wobei sich die Klebstoffschicht
in Berührung
mit der freiliegenden Oberfläche
der Basisschicht 12 in 1 oder der
zweiten Hautschicht 28 von 2 befindet.
Das in der in 4 erläuterten Ausführungsform
vorhandene Deckmaterial 41 umfaßt eine Basisschicht 42,
eine erste Hautschicht 44, verbunden mit der oberen Oberfläche der
Basisschicht 42 durch eine Verbindungsschicht 42,
und eine zweite Hautschicht 48, verbunden mit der unteren
Oberfläche
der Basisschicht 42 mit Hilfe der Schicht 47.
Die Beschreibung der Zusammensetzungen der verschiedenen Schichten
des Deckmaterials 30 in der in 3 erläuterten
Ausführungsform
ist auch anwendbar auf das Deckmaterial 41 in der in 4 erläuterten
Ausführungsform.
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Die
Klebstoffschicht kann als Überzug
auf der unteren Oberfläche
der zweiten Hautschicht 48 in 4 aufgebracht
werden, oder der Klebstoff kann von einer Deckschicht aus übertragen
werden, mit welcher das Deckmaterial vereinigt ist. Typischerweise
hat die Klebstoffschicht eine Dicke im Bereich von etwa 0,1 bis
etwa 2 mil (2,5 bis 50 Mikrometer). Klebstoffe, die für die Verwendung
in Etikettenanordnungen der vorliegenden Erfindung geeignet sind,
sind im Stand der Technik allgemein erhältlich. Generell enthalten
diese Klebstoffe druckempfindliche Klebstoffe, hitzeaktivierte Klebstoffe,
Heißschmelzklebstoffe
und dergleichen. Druckempfindliche Klebstoffe sind besonders bevorzugt.
Diese enthalten Klebstoffe auf Acrylbasis sowie andere Elastomere,
wie Naturkautschuk oder synthetischen Kautschuk, der Polymere oder
Copolymere von Styrol, Butadien, Acrylnitril, Isopren und Isobutylen
enthält.
Druckempfindliche Klebstoffe sind in der Technik bekannt, und alle
bekannten Klebstoffe können
mit den Deckmaterialien der vorliegenden Erfindung benutzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform
beruhen die druckempfindlichen Klebstoffe auf Copolymeren von Acrylsäureestern,
wie beispielsweise 2-Ethylhexylacrylat, mit polaren Comonomeren,
wie Acrylsäure.
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Die
Steifheit der mehrschichtigen Foliendeckmaterialien nach der vorliegenden
Erfindung ist wichtig für
die geeignete Abgabe von Etiketten an einer Abschälplatte
bei höheren
Arbeitsliniengeschwindigkeiten. Die Orientierung der mehrschichtigen
Deckmaterialien in der Maschinenlaufrichtung erhöht den Zugmodul in der Maschinenrichtung,
was zur Dimensionsbeständigkeit
und guten Druckregistrierung beiträgt. Die mehrschichtigen Foliendeckmaterialien
der vorliegenden Erfindung können
in der Maschinenlaufrichtung mit für den Fachmann bekannten Methoden,
wie durch Heißstrecken
des mehrschichtigen Deckmaterials mit einem Streckverhältnis von
wenigstens 2 und allgemein mit einem Streckverhältnis zwischen etwa 2 und etwa
9 orientiert werden. Nach dem Passieren des Weges um vorerhitzte
Walzen, die das Deckmaterial erweichen, wird dann das erweichte Deckmaterial
gestreckt und danach erhitzt oder hitzestabilisiert und schließlich an
einer Kühlwalze gekühlt, um
das Heißstrecken
zu vervollständigen.
Das Deckmaterial kann dann auf Rollen aufgenommen und gelagert werden.
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Die
Steifheit der orientierten mehrschichtigen Folien in der Maschinenlaufrichtung
sollte allgemein wenigstens 5 sein und kann so hoch wie 100 Gurley
betragen. Häufiger
ist die Steifheit der orientierten mehrschichtigen Folien im Bereich
von etwa 10 bis etwa 25 oder 35 Gurley, gemessen nach dem TAPPI
Gurley Steifheitstest T543 pm. Steifheiten von etwa 15 bis etwa
25 sind am meisten bevorzugt.
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Bei
der Herstellung von Etikettenmaterial aus den oben beschriebenen
mehrschichtigen Foliendeckmaterialien gemäß der Erfindung können Auskleidungs-
oder Trägermaterialien
bereitgestellt werden. Das Auskleidungs- oder Trägermaterial kann ein mehrschichtiges
Auskleidungsmaterial beinhalten, das beispielsweise in dem US-Patent
4,713,273 beschrieben ist, auf welches hier Bezug genommen wird,
oder es kann eine herkömmliche
Auskleidung oder ein Träger,
die oder der aus einem einzelnen Folienschichtpapier bestehen kann,
welches in Walzenform zugeführt
wird, sein. Wenn es bisher nicht mit einem Trennüberzug versehen wurde und nicht
selbst Komponenten einschließt,
die inhärent
eine Trennoberfläche
an ihrer Klebstoff-berührenden
Kontaktfläche
erzeugen, kann die Auskleidung oder der Träger mit einem Trennüberzug (zum
Beispiel einem Silikon) beschichtet werden. Wenn eine Trennbeschichtung
aufgebracht wird, wird sie nach Aufbringung gemäß irgendeiner geeigneten Methode
getrocknet oder gehärtet.
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Die
Trennfläche
der Trennauskleidung oder des Trägers
können
mit einer Schicht von druckempfindlichem Klebstoff für anschließende Überführung des
Klebstoffes auf das Deckmaterial, mit welchem die Auskleidung oder
der Träger
verwendet wird, beschichtet werden. Wenn das Trennmaterial mit der
Auskleidung oder dem Träger
kombiniert wird, wird der Klebstoff mit dem Trennmaterial verbunden.
Später
wird die Auskleidung oder der Träger
so entfernt, daß der
Klebstoff freigelegt wird, und der Klebstoff bleibt permanent mit dem
Deckmaterial verbunden.
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Bei
einigen Anwendungen kann die Klebstoffschicht ein hitzeaktivierter
Klebstoff oder ein Heißschmelzklebstoff
sein, wie sie bei in einer Form benutzen Etiketten verwendet werden
können
im Unterschied zu einem druckempfindlichen Klebstoff. Wenn der Klebstoff
ein hitzeaktivierter Klebstoff oder ein Heißschmelzklebstoff ist, braucht
keine Notwendigkeit für
das Vorsehen einer Trennauskleidung für inhärente Trennbarkeit vorzuliegen,
wie es erforderlich wäre,
wenn man einen druckempfindlichen Klebstoff verwendet.
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Die
Herstellung von druckempfindlichen Klebeetikettenmaterialien aus
dem oben beschriebenen Deckmaterial gemäß der Erfindung wird in den 5A bis 5D erläutert. Die
Auskleidung oder das Trägermaterial 10 können eine
mehrschichtige Auskleidung oder eine herkömmliche Auskleidung oder ein
Träger sein,
welche/welcher aus einem einzelnen Papierbogen oder einer Filmschicht
besteht, der/die in Rollenform vorliegen kann/können. Wenn sie/er nicht vorher
mit einer Trennbeschichtung ausgestattet ist oder selbst keine Komponenten
besitzt, um eine inhärente
Trennschicht an seiner Klebeschichtkontaktoberfläche zu erzeugen, könnte die
Auskleidung oder der Träger 10 mit
einer Trennbeschichtung (zum Beispiel Silikon) an der Station R
beschichtet wer den, wie in 5A gezeigt
ist. Wenn ein Trennüberzug
aufgebracht wird, wird er nach der Aufbringung mit irgendeinem geeigneten
Mittel (nicht gezeigt) getrocknet oder gehärtet.
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Die
Trennfläche
der Trennauskleidung oder des Trägers
kann mit einer Schicht von druckempfindlichem Klebstoff für anschließende Überführung des
Klebstoffs auf das Deckmaterial erfolgen, mit welchem die Auskleidung
oder der Träger
verwendet wird. Wenn das Deckmaterial mit der Auskleidung oder dem
Träger kombiniert
wird (5B), wird der Klebstoff mit
dem Deckmaterial verbunden. Später
wird die Auskleidung oder der Träger
entfernt, um den Klebstoff freizusetzen, welcher nun permanent mit
dem Deckmaterial verbunden bleibt.
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So
kann, wie in 5A angegeben, Klebstoff, nach
dem Trocknen und Härten
der Trennbeschichtung, die zuvor an der Station R aufgebracht wurde,
bei einer Station S aufgebracht werden. Dies kann eine Tandem-Beschichtungsoperation
sein, oder der Klebstoffüberzeug
kann auf einer getrennten Beschichtungslinie aufgebracht werden.
Alternativ kann der Klebstoff auf die Auskleidung etwas später, vor
der Verbindung der Trennauskleidung oder des Trägers 10 mit dem Deckmaterial 20 aufgebracht
werden, oder der Klebstoff kann direkt als Beschichtung auf dem
Deckmaterial 20 aufgebracht werden, bevor dieses und die
Auskleidung oder der Träger
miteinander vereinigt werden. Die Vereinigung der Auskleidung oder
des Trägers 10 mit
einem Deckmaterial 20 ist schematisch in 5B erläutert.
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Das
Etikettendeckmaterial 20 kann in einer Druckstation (nicht
gezeigt) bedruckt werden, bevor es in die einzelnen Etiketten mit
einem Werkzeug geschnitten wird. Die Druckstufe kann stattfinden,
bevor oder nachdem die Auskleidung und das Deckmaterial kombiniert
werden, doch wird sie dem Schneiden des Deckmaterials mit einem
Werkzeug zu einzelnen Etiketten vorausgehen. Die Folie muß in genauem
Register zwischen den Druckstufen (beispielsweise zwischen aufeinanderfolgenden
Druckvorgängen
in unterschiedlichen Farben) verbleiben, damit Bild oder Text von
hoher Qualität
sind, und zwischen dem Drucken und anschließendem Schneiden mit einem
Werkzeug, damit das Bild oder der Text genau auf den Etiketten lokalisiert
sind. Die Folie befindet sich unter Zugspannung während des
Druckens und kann einer gewissen Steigerung der Temperatur unterzogen
werden, wie beispielsweise, wenn UV-Druckfarben gehärtet werden,
und die Folie muß Dimensionsbeständigkeit
in der Maschinenlaufrichtung behalten. Die MD-Zugeigenschaften der
Deckmaterialfolie sind besonders wichtig, wenn eine Auskleidung
aus Polymerfilm verwendet wird oder wenn keine Auskleidung erforderlich
ist.
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5C erläutert schematisch
das Schneiden des Trennmaterials 20 mit Werkzeug bei einer
Station T, zu einer Reihe von beabstandeten drucksensitiven Etiketten 34,
die auf der Trennauskleidung oder dem Träger 10 getragen werden.
Diese Stufe kann durch rotierende Schneidwerkzeugen in bekannter
Weise erfolgen und umfaßt
das anschließende
Abziehen der leiterförmigen
Matrize (nicht gezeigt) aus Abfall oder Schneidränder, die die hergestellten
Etiketten umgeben, wenn sie mit Werkzeug geschnitten werden (die „Sprossen" der Leiter repräsentieren
die Abstände
zwischen aufeinanderfolgenden Etiketten). Die Etiketten bleiben
dann auf der Auskleidung in Abstand zueinander, wie gezeigt. Eine
Fehlerart bei diesem Arbeiten umfaßt schlecht geschnittene Etiketten,
die bei der Matrize bleiben, wenn diese abgezogen wird. In diesem
Modus, wenn die Trennleistungen abnehmen, ist es wahrscheinlicher,
daß schlechtes
Schneiden bewirkt, daß Etiketten
in Matrizenmaterial haften verbleiben und beim Abziehen der Matrize
zusammen mit der Matrize von der Auskleidung entfernt werden. Eine
andere Fehlerart tritt auf, wenn das Schneiden mit Werkzeug durch
den Klebstoff und einen Teil der Auskleidung geht und einen Eindruck
in der Auskleidung hinterläßt. Eine
weitere Fehlerart tritt auf, wenn die mit Werkzeug geschnittenen
Folien ungenügende
Festigkeit haben. Wenn die Festigkeit des Matrizenmaterials abnimmt,
neigt die Matrize zum Einreißen,
während
die Matrize um die mit Werkzeug geschnittenen Etiketten von der
Auskleidung weggezogen wird. Die Folien nach der vorliegenden Erfindung
haben genügend Festigkeit,
um Brüche
der Matrize beim Abziehen zu vermeiden oder zu reduzieren.
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5D erläutert die
Anbringung der Etiketten 34 auf vorbeigehenden Werkstücken 36 durch
Verwendung einer Rückenabschälkante 38,
um die Etiketten 34 durch fortlaufende Entfernung der Auskleidung
oder des Trägers
von ihnen unter Freilegung der Klebstoffseite 39 der Etiketten
und Anbringen der Etiketten auf den vorbeigehenden Werkstücken in
Berührung
zu bringen. In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung können die
Werkstücke
Substrate sein, wie Glasflaschen oder andere starre Artikel, die
dazu neigen, Unregelmäßigkeiten
auf der Oberfläche
zu haben, und daher flexible Etiketten erfordern, die eng (konform)
auf der Oberfläche,
ohne örtliche
Oberflächenunregelmäßigkeiten
zu überbrücken, anhaften.
Die Substrate können
auch flexible Kunststoffbehälter
sein.
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Es
ist klar, daß die
in den 5A bis 5D gezeigten
Vorgänge
an unterschiedlichen Örtlichkeiten durch
unterschiedliche Hersteller ausgeführt oder miteinander kombiniert
werden können.
Beispielsweise können
die Stufen von 5A von einem Hersteller für Auskleidung
und Klebstoffe durchgeführt
werden, die Schritte der 5B und 5C können von
einem Etikettenhersteller in einem kontinuierlichen Vorgang ausgeführt werden,
anstatt von Aufwickeln und Abwickeln unterbrochen zu werden wie
erläutert
ist, und die Stufen der 5D können vom
Verpacker der hergestellten Produkte durchgeführt werden.
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Die
folgenden Beispiele, die in Tabelle IV gezeigt sind, erläutern die
mehrschichtigen Foliendeckmaterialien der vorliegenden Erfindung.
Wenn es in den folgenden Beispielen und irgendwo in der Beschreibung und
den Ansprüchen
nicht anderweitig angezeigt, sind alle Teile und Prozentsätze Gewichtsprozentsätze, die Temperaturen
sind in Grad Celsius angegeben und die Drücke liegen bei oder nahe bei
Atmosphärendruck.
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Deckmaterialien
werden durch Koextrusion der in den Beispielen der folgenden Tabelle „IV" identifizierten
Chargen hergestellt. Die Deckmaterialien werden durch Koextrusion
der geschmolzenen Chargen durch eine Koextrusionsdüse hindurch
und Gießen
auf Kühlwalzen
hergestellt. Das Koextrudat wird gefördert und heißgestreckt,
indem es um vorerhitzte Walzen geführt wird, die das Deckmaterial über die
Glasübergangstemperatur
erhitzen. Das Material wird dann zwischen den vorerhitzten Walzen
und Abziehwalzen gestreckt, wobei letztere sich mit einem mehrfachen
der Geschwindigkeit der ersteren entsprechend dem in Tabelle IV genannten
Streckverhältnis
drehen. Das Deckmaterial geht dann über Heizwalzen, wo es erhitzt
oder hitzegehärtet
wird. Schließlich
geht das Deckmaterial über
eine Kühlwalze,
um das Heißstrecken
abzuschließen.
Das Deckmaterial wird dann gewonnen.
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In
den Beispielen 1 bis 3 und 54 bis 60 ist das Dickenverhältnis der
Schichten 5/5/80/5/5. In den Beispielen 4 bis 53 und 60 bis 68 in
Tabelle IV ist das Dickenverhältnis
10/5/70/5/10. Für
die Beispiele 69 bis 70 beträgt
das Dickenverhältnis
10/10/70/10. Die nominale Gesamtdicke der mehrschichtigen Foliendeckmaterialien
der Beispiele 1 bis 53 beträgt
2,25 mil (56,25 Mikrometer), und in den Beispielen 54 bis 70 beträgt die Gesamtdicke
2,5 mil (62,5 Mikrometer). In den Beispielen, bei denen EVA in einer
oder beiden Verbindungsschichten verwendet wird, enthält EVA 18
Gew.-% VA, wenn nichts anderes angegeben ist.
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Die
Gurley-Steifheit in der Maschinenlaufrichtung der Deckmaterialien,
beschrieben in Beispielen 1 bis 70 (bestimmt durch den Tappi Gurley
Steifheitstest T543 pm) sind in der folgenden Tabelle V angegeben.
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Druckempfindliche
Laminate werden aus jedem der nach den Beispielen 1 bis 70 hergestellten
Deckschichtmaterialien hergestellt und beinhalten (a) das Deckschichtmaterial,
(b) eine Trennschicht und (c) eine druckempfindliche Klebeschicht
zwischen der Deckschicht und der Auskleidung (siehe beispielsweise 4). Der
Klebstoff ist ein kommerzieller PSA, der als „S-1000" von der Chemical Division der Avery
Dennison Corp. erhältlich
ist. Die Dicke des Klebstoffs beträgt 20 Mikrometer. Die Auskleidung
besteht aus 65 g/m2 Papier oder Pergament.
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Die
Schneidbarkeit der druckempfindlichen Laminate, hergestellt aus
den Deckmaterialien der Beispiele 1 bis 70 wird durch das Schneiden
von Formen in die Laminate und danach Messung der Reibungsenergie,
die erforderlich ist, die Matrize von der geschnittenen Form zu
trennen, bewertet. Die mit Werkzeug geschnittene Form enthält das Deckmaterial
und den druckempfindlichen Klebstoff. Ein niedriger Reibungsenergiewert
(zum Beispiel etwa 150 g-cm oder weniger) zeigt, daß das Laminat
eine gute Schneidbarkeit mit Werkzeug hat. Dieser Test, welcher
folgendermaßen
durchgeführt
wird, ist in weiteren Einzelheiten in einer schwebenden Anmeldung
mit dem Anwaltsaktenzeichen AVERP 2400 US mit dem Titel „Verfahren
zum Auswählen eines
Substrates für
die Verwendung in einem Schneidverfahren", angemeldet am gleichen Tag wie die
vorliegende Anmeldung, und diese schwebende Anmeldung, beschrieben,
und diese schwebende Anmeldung wird hier durch Bezugnahme einbezogen.
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Ein
Testbogen eines jeden Laminats mit den Abmessungen 7 × 10'' (17,8 × 25,4 cm) wird durch eine Werkzeugschneideeinrichtung
vorgerückt,
worin 10 Etiketten in dem Deckmaterial geschnitten werden. Die Schneideinrichtung
hat ein zylindrisches Profil. Die Schneidrolle hat einen Durchmesser
von 3 Inch (76,2 mm) mit einem Hohlraum durch die Rolle und 10 Hohlräumen am
Umfang. Jeder der Hohlräume
ist 6 Inch (152,4 mm) lang (oder quer), 15/16 Inch (22,25 mm) breit
(oder tief) und hat abgerundete Ecken mit Durchmessern von 3/32
Inch (2,38 mm). Der Abstand zwischen benachbarten Hohlräumen ist
1/8 Inch (3,175 mm). Die Amboßrolle
hat einen Durchmesser von 5 Inch (127 mm). Der Spalt zwischen dem
Amboß und
der Spitze des Werkzeugs ist 2,2 mil (0,0559 mm). Der Werkzeugdruck
ist 300 psi (208500 kg/m2), und der Vorschub
des Werkzeugs ist 15 m/min.
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Der
Schnitt in jedem Testbogen ist tief genug, um das Deckmaterial und
den druckempfindlichen Klebstoff, aber nicht die Trennauskleidung
zu durchdringen. Die gebildeten Etiketten haben rechteckige Form
und sind auf dem Testbogen Seite an Seite angeordnet, ein Etikett
quer zu zehn in der Tiefe. Die lange Abmessung eines jeden Etiketts
ist parallel zu der langen Abmessung des nächst benachbarten Etiketts.
Die Etiketten haben die Abmessungen 7/8 × 6 (22,25 mm × 152,4
mm) und sind voneinander gleich beabstandet. Der Spalt zwischen
jedem Etikett ist 1/8 Inch (3,175 mm). Eine Matrize, die aus dem
Teil des Abfall-Deckmaterials um die Etiketten herum besteht, wird
auch während
des Schneidens mit Werkzeug gebildet.
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Eine
Testprobe wird durch Schneiden des geschnittenen Testbogens entlang
der Mittellinie der langen Abmessung eines Etiketts und dann entlang
der Mittellinie der langen Abmessung des nächst benachbarten Etiketts
gebildet. Die Schnitte sind parallel zueinander. Jede Testprobe
besteht aus einer Hälfte
eines Etiketts, einer Hälfte
der nächst
benachbarten Etikettenprobe, der Matrize um die Etikettabschnitte
und dem Klebstoff sowie der Trennauskleidung, der unter den Etiketteilen
und der Matrize liegt.
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Die
Reibungsenergie, die erforderlich ist, die Matrize von den mit Werkzeug
geschnittenen Etiketten jeder Probe zu trennen, wird unter Verwendung
eines modifizierten Texturanalysierers TAXT2, vertrieben von Stable
Micro Systems, Unit 105, Blackdown Rural Industries, Haste Hill,
Haslemere, Surrey GU 27 3 AY, England. Der TAXT2-Texturanalysierer
ist eine Zugtesteinrichtung. Er wird folgendermaßen modifiziert: Die Befestigung
an dem oberen Kreuzkopf wird entfernt und ersetzt durch einen oberen
L-förmigen
Träger.
Ein Arm des oberen L-förmigen
Trägers
wird an den oberen Rahmen angesetzt. Die an der Basis befestigte
Plattform wird entfernt und durch einen L-förmigen
Träger
ersetzt. Jede Testprobe wird getestet durch Befestigung einer Kante
der Matrize der Testprobe an dem oberen L-förmigen Träger, wobei die Kante jedes
Etikettabschnittes in Nachbarschaft zu der angefügten Matrizenkante an dem unteren
L-förmigen
Träger
befestigt wird. Der Texturanalysierer wird aktiviert und die Matrize
von den Etikettenabschnitten mit einem Vorschub von 5 mm/s getrennt.
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Die
zur Abtrennung der Matrize verwendete Kraft und die Verschiebung
dieser Kraft entlang der Länge der
Testprobe während
der Abtrennung werden unter Verwendung von Software, die mit TA-XT2-Texturanalysierer
geliefert wird, aufgezeichnet. Die Fläche unter der Kurve wird auch
unter Verwendung von Software bestimmt, die mit dem TA-XT2-Texturanalysierer
angeboten wird. Die Fläche
unter der Kurve hat die Einheiten Gramm-Sekunden. Das Ergebnis wird
mit der Abziehgeschwindigkeit (5 mm/s) multipliziert, und nach geeigneten
Korrekturen für
die Einheiten (d.h. mm in cm) bekommt man die Reibungsenergie in
Gramm-Zentimetern (g-cm). Höhere
Reibungsenergiewerte sind verbunden mit schlechtgeschnittenen Deckmaterialien
oder Klebstoffrückfluß. Die Testergebnisse
für Laminate,
die mit den Deckmaterialien der Beispiele 1–67 gewonnen wurden, sind in
Tabelle V zusammengefaßt.
Für jedes
Laminat werden 20 Testproben geprüft, und die Mittelwerte für diese
Testproben sind in Tabelle V aufgeführt.
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Der
Modul, der Prozentsatz der Dehnung und die Zugfestigkeit der Deckmaterialien
der Beispiele 54-68 wurden gemäß ASTM-Test
D 882 mit dem Titel „Dehnungseigenschaften
dünner
Kunststoffolien" bestimmt.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle VI aufgezeichnet.
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Wie
oben festgestellt, beobachtet man verbesserte Schneidbarkeit mit
Hilfe eines Werkzeugs, wenn die Schmelzflußrate des in der Basisschicht
verwendeten Propylenpolymers oder -copolymers über 4 und sogar über 8 liegt.
Dies wird demonstriert, indem die Reibungsenergiewerte des PSA-Laminats,
hergestellt aus den Deckmaterialien der Beispiele 21, 23 und 24,
verglichen werden, wie in der folgenden Tabelle VII zusammengestellt
ist.
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Wie
oben aus den Ergebnissen ersichtlich ist, nahm die Reibungsenergie
ab, wenn die MFR der Propylenbasisschicht zunahm.