KR20140097543A - 활성화 가능한 라이너리스 라벨 및 활성화 가능한 접착제, 그의 시스템, 기계 및 방법 - Google Patents
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Abstract
물품의 흐름에 대한 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 흐름의 적용이 용이하도록 구성된 인쇄 및 적용 시스템으로서, 페이스스톡 및 활성화 가능한 접착제층을 갖는 활성화 가능한 라벨 스톡의 롤; 가변적 길이를 갖는 활성화 가능한 라벨의 흐름 각각에 대한 레이아웃을 만들도록 구성된 소프트웨어 프로그램; 페이스스톡 상에 인쇄하도록 구성된 프린터; 상기 활성화 가능한 라벨 스톡의 롤로부터 특정 길이를 절단하여 상기 레이아웃에 따라 활성화 가능한 라벨의 흐름을 형성하도록 구성된 커터; 상기 접착제층을 활성화하여 점착성으로 하는 활성화 유닛; 및 활성화된 접착제를 갖는 라벨을 라벨링될 물품의 흐름 상으로 수신 및 배치하도록 구성된 어플리케이터 유닛을 포함한다. 관련 방법 및 용도가 설명된다.
Description
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2011년 11월 30일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/307,306호의 CIP (continuation-in-part)인 2012년 6월 29일자로 출원된 제13/537,508호의 우선권을 주장하며, 이들 모두는 그 전체가 본 명세서에 참조로서 통합된다.
본 발명은 일반적으로 활성화 가능한 라이너리스 접착 라벨용 시스템 및 기계에 관한 것이고, 라이너가 없고 열 활성화 가능한 용도를 위한 라벨 및 접착제에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 방사선 및 온도 변화를 이용하는 라이너리스 라벨의 활성화 가능한 접착제 및 활성화 가능한 접착제용 시스템 및 방법, 그리고 활성화 가능한 기술에서 유용한 활성화 가능한 라이너리스 라벨 및 접착제에 관한 것이다.
전통적인 감압 라벨 (pressure sensitive label)은 박리 라이너에 부착된 사용자에게 제공된다. 이들 박리 라이너는 재생지의 공급원으로서 사용할 수 없는 것으로서, 일반적으로 실리콘 코팅된다. 비용을 줄이고, 효율성을 향상시키며, 환경에 미치는 영향을 줄이기 위한 노력으로, 라이너 없는 라벨에 대한 소비자의 수요는 최근 몇년 동안 증가하고 있다. 이들 라벨의 가장 흔한 형태는 "감압 (PS) 라이너리스 라벨 (pressure sensitive linerless label)" 및 "활성화 가능한 라이너리스 라벨 (activatable linerless label)"이다.
"PS 라이너리스 라벨"은 그것들 자신이 롤에 권취될 수 있도록 점착성 (sticky) 측 및 박리 코팅된 측을 가진다. 이들 라이너리스 라벨의 용도는 박리 코팅 상에 인쇄하도록 구성된 특별한 프린터 또는 사전 인쇄 (preprinting)를 필요로 한다. PS 라이너리스 라벨을 다루기 위해 사용되는 장비는 라벨의 점착성 측과 접촉하도록 구성된 플래튼 (platen) 및 특별한 롤러를 포함한다. 이러한 장비의 많은 개선에도 불구하고, 접착제의 축적 (buildup)은 여전히 장비의 여러 부분에서 발생한다. 이들 단점과 점착성의 최종 제품의 높은 가격 때문에, 이들 PS 라이너리스 라벨은 폭넓은 소비자의 승인을 받지 못했다.
"활성화 가능한 라이너리스 라벨"은 비점착성 상태에서 최종 사용자에게 공급된 다음, 라벨이 활성화되고, 즉 라벨 접착제는 의도된 대상에 대해 적용 바로 전에 점착성 상태로 활성화된다. 가장 흔하게 활성화 가능한 라벨은 활성화 전에 표시 (indicia)로 인쇄된다. 알려진 활성화 방식은, 접착제를 가열하기 위해 자외선 ("UV") 에너지의 사용 (Shipston 등의 미국 특허 제6,492,019호 참조), 표면을 활성화시키기 위해 코로나 처리의 사용 (Shipston 등의 미국 특허 제6,326,450호 참조), 접착제를 데우기 위해 방사 열의 사용 (Yamada 등의 미국 특허 제6,500,536호 참조), 재습윤 가능한 접착제를 활성화시키기 위해 수분을 사용 (Hintz 등의 미국 특허 제6,803,100호 참조), 활성제 재료를 마이크로캡슐에 넣은 다음, 분쇄하여 활성제가 포뮬레이션의 나머지 부분과 혼합하여 접착제를 활성화시키는 것을 사용 (Krolzig의 미국 특허 제7,026,047호 참조), 접착제를 비점착제층으로 오버코팅하고, 나중에 열 또는 기계적 수단에 의해 제거하는 것을 사용 (Rice 등의 미국 특허 제5,569,515호 참조), 및 접착제를 활성화하기 위해 초음파 에너지 사용 (Shipston 등의 미국 특허 제5,702,771호 참조)을 포함한다.
지금까지, 가장 일반적인 활성 방식은 열 활성화, 즉 열을 사용한 라벨의 활성화를 이용한다. 열 활성화의 경우, 다양한 기술이 제안되었다. 이것들은 다음의 사용을 포함한다: 가열된 드럼 또는 롤러 (Rello 등의 미국 특허 제5,749,990호 및 제5,480,502호 참조), 발열체에 직접 접촉 (Iwata 등의 미국 특허 제6,388,692호 및 Ichikawa 등의 미국 특허 제6,501,495호 참조), 마이크로파 에너지 (James의 미국 특허 제3,461,014호 참조), 접착제와 접촉하는 가열된 벨트 (Adachi의 미국 특허 제4,468,274호 및 Nagamoto 등의 미국 특허 제6,031,553호 참조), 및 적외 방사선 ("IR") 및 근적외 방사선 ("NIR") (Henderson의 미국 특허 제3,247,041호 및 Souder의 미국 특허 제4,156,626호 참조). 또한, 라디오 주파수 ("RF") 에너지, 유도 열, 방사 열 및 가시광을 사용하여 가열하기 위한 일반적인 방법 또한 잘 알려져 있으며, 이러한 활성화 방법의 리스트에 적용될 수 있다. 이들 기술은 모두 저속 작업에서 유용하게 입증하지만, 적용 속도가 증가함에 따라서 충분한 가열을 얻기 위하여 이들 방법 모두는 발열체에 대한 라벨의 노출 시간이 어떻게든 증가되어야만 한다는 점에서 더 나빠진다. 충분한 가열을 제공할 수 있는 유닛의 비용 또는 크기는 고속의 적용을 방해하고 있다.
더 크거나 더 긴 가열기에 대한 필요성을 극복하는 한 가지 방법은, 가열 장치로부터 에너지를 흡수하는 접착제의 능력을 증가시키는 것이다. Souder의 미국 특허 제4,156,626호 및 Ichikawa 등의 미국 특허 제6,043,190호, 및 Gong 등의 미국 특허출원 공개 번호 제2003/0041963호 및 제2004/0166309호는 모두 접착제에 의한 에너지 흡수를 증가시키기 위해 NIR 흡수제의 사용을 설명하고 있다. 그러므로, NIR 흡수제 및 고강도 NIR 램프의 사용은 접착제를 활성화하기 위한 가능한 경로인 것으로 나타날 수 있다. 여러 면에서 만족하지만, 단점은 현재 알려진 활성화 가능한 라벨, 라벨링 시스템 및 관련 방법과 관련하여 존재한다.
이러한 유형의 기술에 관한 다양한 상세한 사항 및 개시는 2011년 3월 31일자로 공개된 Kian 등의 WO 2011/037732로 공개된, 미국 출원 번호 제13/119,006호, 국내 단계 진입 PCT/US10/47428에서 발견된다.
고무계 및 아크릴계 감압 점착제 (PSA) 모두 알려져 있다. 1966년에 C. Dalquist는 우수한 PSA의 효율적인 접촉 기준으로서 1x10-6 ㎠/dyne 보다 큰 a1 초 크리프 컴플라이언스 (creep compliance)를 확인했다. 본 명세서에 참조로서 통합되는 감압 접착제 기술의 핸드북 (2d Edition), D. Satas, ed. (1989), (이하, "핸드북"), 172-176페이지에서의 PSA에 대한 보다 최근의 논의는 PSA 성능에 대한 가장 중요한 요건으로서 적용 (사용) 온도에서의 유리 전이 온도 (Tg) 및 모듈러스 (G')를 확인했다. 모든 특성들은 PSA 폴리머를 포함하는 모노머들의 동정 (identity) 및 양의 함수이다. 따라서, 폴리(아크릴산)은 PSA가 아니지만, 높은 몰%의 2-에틸헥실 아크릴레이트를 갖는 아크릴산의 코폴리머는 PSA이다.
라벨 및 테이프 PSA에 대한 G' 및 Tg의 일반적인 값은 상기 핸드북에 설명되어 있다. 테이프의 경우, 실온에서의 G'는 대략 5x105 내지 2x106 dyne/㎠이고, Tg는 대략 -15℃ 내지 10℃인 반면; 라벨은 실온에서 보다 낮은 값의 G', 즉 약 2x105 내지 8x105 dyne/㎠을 갖는다. 당해 분야에서 알려진 바와 같이, 냉온, 영구 및 이동 가능한 적용 분야에 대한 Tg 요건은 상이하다. 따라서, 냉온 라벨 PSA는 일반적으로 약 -30℃ 내지 -10℃의 Tg를 필요로 한다.
본 명세서에 언급된 모든 특허, 공개된 출원 및 기사는 그 전체가 이에 의하여 참조로서 통합된다.
하기에 설명된 본 발명의 실시형태는 하나도 빠트린 것이 없거나 다음의 상세한 설명에 개시된 정확한 형태로 본 발명을 한정시키고자 하는 것이 아니다. 오히려, 실시형태가 선택되어 설명됨으로써, 본 기술 분야의 다른 숙련자가 본 발명의 이론 및 프랙티스를 알고 이해할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시형태는 물품의 흐름에 대한 활성화 가능한 라벨의 흐름의 적용을 용이하게 하도록 구성된 인쇄 및 적용 시스템이며, 상기 시스템은 페이스스톡 (facestock) 및 활성화 가능한 접착제층을 갖는 활성화 가능한 라벨 스톡의 롤; 상기 활성화 가능한 라벨 스톡의 롤을 소정의 길이 또는 소정의 모양으로 절단하여 활성화 가능한 라벨의 흐름을 형성하도록 구성된 커터; 상기 접착제층을 활성화하여 점착성으로 변화시키는 활성화 유닛; 및 활성화된 접착제를 갖는 라벨을 라벨링되는 물품의 흐름 상으로 수신 및 배치하도록 구성된 어플리케이터 유닛을 포함한다. 상기 임의의 주어진 라벨의 소정의 길이 및 소정의 모양은 가변적일 수 있어, 적어도 2개의 활성화 가능한 라벨에 대한 길이 또는 모양 또는 길이와 모양 모두가 상이하다.
본 발명의 또 다른 예시적 실시형태는 페이스스톡층; 상기 페이스스톡층의 100% 미만을 덮는 활성화 가능한 접착제층을 포함하는 활성화 가능한 접착제 라벨이다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 페이스스톡 및 활성화 가능한 접착제층을 갖는 활성화 가능한 라벨 스톡의 롤의 사용 방법으로서, 상기 방법은 라벨의 흐름에 의해 전달되는 정보를 에이전트에 제공하는 단계; 상기 에이전트로부터 상기 라벨 상에 최적화된 레이아웃을 수신하는 단계; 상기 활성화 가능한 라벨 스톡의 롤 상에 최적화된 레이아웃을 인쇄하는 단계; 상기 최적화된 레이아웃에 따라 소정의 길이 또는 소정의 모양으로 각각의 라벨을 절단하여 활성화 가능한 라벨을 만드는 단계; 상기 접착제를 활성화하는 단계; 및 상기 활성화된 라벨을 대상의 흐름에 적용하는 단계를 포함한다. 상기 임의의 주어진 라벨의 소정의 길이 및 소정의 모양은 가변적일 수 있어, 적어도 2개의 활성화 가능한 라벨에 대한 길이 또는 모양 또는 길이와 모양 모두가 상이하다.
추가의 실시형태에서, 적어도 2개의 라벨 상에 가변적 길이 또는 가변적 정보를 갖는 접착제 라벨의 흐름을 만드는 방법으로서, 상기 방법은 라벨의 흐름에 의해 전달되는 정보를 제공하는 단계; 상기 라벨 상에 최적화된 레이아웃을 만드는 단계; 활성화 가능한 라벨 스톡의 롤 상에 최적화된 레이아웃을 인쇄하는 단계; 상기 최적화된 레이아웃에 따라 소정의 길이 및 소정의 모양으로 각각의 라벨을 절단하는 단계; 상기 접착제를 활성화하는 단계; 및 상기 활성화된 라벨을 대상의 흐름에 적용하는 단계;를 포함한다. 상기 임의의 주어진 라벨의 소정의 길이 및 소정의 모양은 가변적일 수 있어, 적어도 2개의 활성화 가능한 라벨에 대한 길이 또는 모양 또는 길이와 모양 모두가 상이하다.
다른 보다 상세한 특징에 있어서, 상기 활성화 유닛은 열 활성화 유닛, 액체 활성화 유닛, 방사선 활성화 유닛, UV 활성화 유닛, 레이저 활성화 유닛, 압력 활성화 유닛, 소리 활성화 유닛 또는 이들의 조합이다.
또 다른 보다 상세한 특징에 있어서, 상기 프린터는 활판 (letterpress), 레이저, 오프셋, 그라비어, 플렉소그래픽, 실크 스크린, 잉크젯, 제로그래픽, 열, 직접 열, 전자그래픽 프린터 및 다른 이미지 라이팅 (image writing) 또는 자극제 반응성 매체 상에 자극제를 적용하여 기록하는 조각 장치 중 하나 이상이다. 추가의 실시형태에서, 상기 프린터는 인라인 프린터, 오프라인 프린터 또는 이들의 조합이다.
다른 보다 상세한 특징에 있어서, 상기 라벨 레이아웃은 일반적인 선적 라벨 (shipping label)용 정보를 갖는 영역, 및 광고, 판촉 정보, 할인 쿠폰, 콘텐츠 식별 및 선적의 수령인에게 맞춰진 메시지로 이루어진 군으로부터 선택되는 맞춤형 정보를 갖는 영역을 가진다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다. 하지만, 본 발명의 바람직한 다른 실시형태를 나타내는 반면, 다양한 실시형태의 상세한 설명 및 구체적인 예는 한정이 아닌 도면에 의해 주어진다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 범위 내의 많은 변경 및 변형은 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 이루어질 수 있으며, 본 발명은 그러한 모든 변형을 포함한다.
이들 뿐만 아니라 본 발명의 다른 특징, 측면 및 이점은 첨부된 도면과 함께 다음의 본 발명의 예시적 실시형태의 보다 상세한 설명을 참조함으로써 보다 완벽히 이해되고 알게 될 것이다.
도 1은 활성화 가능한 라벨의 바람직한 실시형태의 단면도이고;
도 2는 하나 이상의 라벨을 물품에 활성화시키고 적용하기 위한 시스템의 예의 다이어그램이며;
도 3은 라벨의 스택을 인쇄 및 활성화시키고, 그것들을 물품에 적용하기 위한 시스템의 또 다른 예의 다이어그램이고;
도 4는 라벨 적용 분야의 인쇄 및 적용 유형을 수행하기 위한 기계 및 시스템의 예로서 바람직한 실시형태의 다이어그램이며;
도 4a는 활성화 가능한 접착제를 갖는 라벨을 물품에 적용하기 위한 도 4 시스템의 열 활성화 유닛의 상세한 사시도이고;
도 4b는 활성화 가능한 접착제를 갖는 라벨을 물품에 적용하기 위한 도 4 시스템의 열 활성화 유닛의 정면도이며;
도 4c는 단파 적외선 에미터의 스펙트럼을 나타내는 방사선 강도 대 파장의 플롯이고;
도 4d는 바람직한 석영판의 적외선 투과의 파장 플롯이며;
도 4e는 활성화 가능한 라이너리스 라벨에 대한 최대 라벨 온도에 관한 온도 대 에미터에 대한 거리의 플롯이고;
도 4f는 활성화 가능한 라이너리스 라벨에 대한 온도 조합 및 에미터에 대한 다양한 거리 (라벨에 대한 램프)의 플롯이며;
도 4g는 라벨 상의 온도 대 에미터에 대한 전력 비율의 플롯이고;
도 4h는 파장 대 라벨 구성 성분의 흡수의 플롯이며;
도 4i는 도 4h 상의 흡수값들 사이의 관계 및 흡수/반사 비율을 보여주는 데이타의 표이고;
도 4j는 초당 8인치의 파라미터로 열 활성화 유닛에서 활성화되는 카본블랙 충전의 효과를 제시하는 플롯이며;
도 4k는 초당 10인치의 파라미터로 열 활성화 유닛에서 활성화되는 카본블랙 충전의 효과를 제시하는 플롯이고;
도 4l은 다양한 인쇄 대비로 라이너리스 라벨 활성화 후 인쇄 품질에 관한 데이타의 표이며;
도 4m은 인쇄된 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 방향 및 라벨 접착제의 활성화를 위한 에미터 배열의 상세한 개략도이고;
도 4n은 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 다양한 방향 및 그것의 접착제 활성화를 위한 에미터의 개략도이며;
도 5는 활성화 가능한 접착제를 갖는 라이너리스 라벨에 대하여 열 활성화 유닛에서의 안전성 결정을 위한 특정 상세 사항을 보여주는 형태의 다소 개략적인 정면도이고;
도 6은 라이너리스 및 에미터 활성화 가능한 라벨의 바람직한 실시형태의 층 배열의 개략도이며;
도 7은 시간 및 온도 데이터 대 활성화 전력 및 종이 온도의 플롯이고;
도 7b는 온도 대 활성화 전력의 플롯이며;
도 8은 물품에 대한 활성화된 라이너리스 라벨 적용을 위한 롤온형 (roll-on)의 다양한 어플리케이터 유닛의 개략적인 정면도이고;
도 9는 물품에 대한 활성화된 라이너리스 라벨 적용을 위한 삽입형 (tamp-on)의 다양한 어플리케이터 유닛의 개략적인 정면도이며;
도 10은 물품에 대한 활성화된 라이너리스 라벨 적용을 위한, 특히 보다 작은 물품에 적합한 삽입형의 다양한 어플리케이터 유닛에 대한 진공판 옵션의 개략도이고;
도 11은 물품에 대한 활성화된 라이너리스 라벨 적용을 위한 블로우온형 (blow-on)의 다양한 어플리케이터 유닛의 개략적인 정면도이며;
도 12는 물품의 흐름에 대한 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 흐름의 활성화 및 적용시의 인쇄를 위한 방법의 예에 대한 순서도이고;
도 13은 물품의 흐름에 대한 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 흐름의 활성화 및 적용시의 인쇄를 위한 방법의 또 다른 예에 대한 순서도이며;
도 14는 라벨 구조의 개략도이고;
도 15는 또 다른 라벨 구조의 개략도이며;
도 16는 추가의 라벨 구조의 개략도이고;
도 17은 라벨 구성 성분의 평면도이며;
도 18은 라벨 구조의 개략도이고;
도 19는 또 다른 라벨 구성 성분의 평면도이며;
도 20은 추가의 라벨 구성 성분의 평면도이고;
도 21은 라벨 구성 성분의 층을 나타내는 측면도이며;
도 22는 통계적 정보를 포함하여 접착제 박리 테스트 및 접착제에 대한 차단 테스트가 실시된 다양한 가소제 및 점착제 구성 성분에 관한 여러 가지 접착제 시스템에 대한 시험 결과를 보고하는 표이다.
도 23은 예시적 라벨의 디자인의 개략도이다.
도 24는 물품의 흐름에 대한 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 흐름의 디자인, 인쇄, 절단, 활성화 및 적용을 위한 예시적인 방법의 플로차트이다.
도 25는 열 전사 프린터의 개략도이다.
도 26a는 PSA 선적 라벨의 개략도이다.
도 26b는 활성화 가능한 라이너리스 라벨을 사용하여 인쇄 및 적용 공정으로부터 만들어진 선적 라벨의 개략도이다.
달리 표시되지 않는 한, 상기한 도의 도면들은 반드시 일정한 비율로 축소 또는 확대하여 그려지지 않는다.
도 1은 활성화 가능한 라벨의 바람직한 실시형태의 단면도이고;
도 2는 하나 이상의 라벨을 물품에 활성화시키고 적용하기 위한 시스템의 예의 다이어그램이며;
도 3은 라벨의 스택을 인쇄 및 활성화시키고, 그것들을 물품에 적용하기 위한 시스템의 또 다른 예의 다이어그램이고;
도 4는 라벨 적용 분야의 인쇄 및 적용 유형을 수행하기 위한 기계 및 시스템의 예로서 바람직한 실시형태의 다이어그램이며;
도 4a는 활성화 가능한 접착제를 갖는 라벨을 물품에 적용하기 위한 도 4 시스템의 열 활성화 유닛의 상세한 사시도이고;
도 4b는 활성화 가능한 접착제를 갖는 라벨을 물품에 적용하기 위한 도 4 시스템의 열 활성화 유닛의 정면도이며;
도 4c는 단파 적외선 에미터의 스펙트럼을 나타내는 방사선 강도 대 파장의 플롯이고;
도 4d는 바람직한 석영판의 적외선 투과의 파장 플롯이며;
도 4e는 활성화 가능한 라이너리스 라벨에 대한 최대 라벨 온도에 관한 온도 대 에미터에 대한 거리의 플롯이고;
도 4f는 활성화 가능한 라이너리스 라벨에 대한 온도 조합 및 에미터에 대한 다양한 거리 (라벨에 대한 램프)의 플롯이며;
도 4g는 라벨 상의 온도 대 에미터에 대한 전력 비율의 플롯이고;
도 4h는 파장 대 라벨 구성 성분의 흡수의 플롯이며;
도 4i는 도 4h 상의 흡수값들 사이의 관계 및 흡수/반사 비율을 보여주는 데이타의 표이고;
도 4j는 초당 8인치의 파라미터로 열 활성화 유닛에서 활성화되는 카본블랙 충전의 효과를 제시하는 플롯이며;
도 4k는 초당 10인치의 파라미터로 열 활성화 유닛에서 활성화되는 카본블랙 충전의 효과를 제시하는 플롯이고;
도 4l은 다양한 인쇄 대비로 라이너리스 라벨 활성화 후 인쇄 품질에 관한 데이타의 표이며;
도 4m은 인쇄된 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 방향 및 라벨 접착제의 활성화를 위한 에미터 배열의 상세한 개략도이고;
도 4n은 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 다양한 방향 및 그것의 접착제 활성화를 위한 에미터의 개략도이며;
도 5는 활성화 가능한 접착제를 갖는 라이너리스 라벨에 대하여 열 활성화 유닛에서의 안전성 결정을 위한 특정 상세 사항을 보여주는 형태의 다소 개략적인 정면도이고;
도 6은 라이너리스 및 에미터 활성화 가능한 라벨의 바람직한 실시형태의 층 배열의 개략도이며;
도 7은 시간 및 온도 데이터 대 활성화 전력 및 종이 온도의 플롯이고;
도 7b는 온도 대 활성화 전력의 플롯이며;
도 8은 물품에 대한 활성화된 라이너리스 라벨 적용을 위한 롤온형 (roll-on)의 다양한 어플리케이터 유닛의 개략적인 정면도이고;
도 9는 물품에 대한 활성화된 라이너리스 라벨 적용을 위한 삽입형 (tamp-on)의 다양한 어플리케이터 유닛의 개략적인 정면도이며;
도 10은 물품에 대한 활성화된 라이너리스 라벨 적용을 위한, 특히 보다 작은 물품에 적합한 삽입형의 다양한 어플리케이터 유닛에 대한 진공판 옵션의 개략도이고;
도 11은 물품에 대한 활성화된 라이너리스 라벨 적용을 위한 블로우온형 (blow-on)의 다양한 어플리케이터 유닛의 개략적인 정면도이며;
도 12는 물품의 흐름에 대한 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 흐름의 활성화 및 적용시의 인쇄를 위한 방법의 예에 대한 순서도이고;
도 13은 물품의 흐름에 대한 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 흐름의 활성화 및 적용시의 인쇄를 위한 방법의 또 다른 예에 대한 순서도이며;
도 14는 라벨 구조의 개략도이고;
도 15는 또 다른 라벨 구조의 개략도이며;
도 16는 추가의 라벨 구조의 개략도이고;
도 17은 라벨 구성 성분의 평면도이며;
도 18은 라벨 구조의 개략도이고;
도 19는 또 다른 라벨 구성 성분의 평면도이며;
도 20은 추가의 라벨 구성 성분의 평면도이고;
도 21은 라벨 구성 성분의 층을 나타내는 측면도이며;
도 22는 통계적 정보를 포함하여 접착제 박리 테스트 및 접착제에 대한 차단 테스트가 실시된 다양한 가소제 및 점착제 구성 성분에 관한 여러 가지 접착제 시스템에 대한 시험 결과를 보고하는 표이다.
도 23은 예시적 라벨의 디자인의 개략도이다.
도 24는 물품의 흐름에 대한 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 흐름의 디자인, 인쇄, 절단, 활성화 및 적용을 위한 예시적인 방법의 플로차트이다.
도 25는 열 전사 프린터의 개략도이다.
도 26a는 PSA 선적 라벨의 개략도이다.
도 26b는 활성화 가능한 라이너리스 라벨을 사용하여 인쇄 및 적용 공정으로부터 만들어진 선적 라벨의 개략도이다.
달리 표시되지 않는 한, 상기한 도의 도면들은 반드시 일정한 비율로 축소 또는 확대하여 그려지지 않는다.
본 문서에 개시된 장치 및 방법은 예에 의해 그리고 도면을 참조하여 상세히 설명된다. 달리 특정되어 있지 않다면, 도면의 유사한 번호는 도면 전반의 동일한, 유사한 또는 해당 요소에 대한 참조를 나타낸다. 개시되고 설명된 예, 배열, 구성, 구성 성분, 요소, 장치, 방법, 재료 등에 대한 변경은 특정 적용 분야에 대해 이루어질 수 있고, 요구될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 명세서에서, 특정 모양, 재료, 기술, 배열 등의 임의의 식별은 제시된 특정 예에 관한 것이거나, 또는 단순히 그러한 모양, 재료, 기술, 배열 등의 일반적인 설명이다. 특정 세부 사항 또는 실시예의 식별은 특별히 그와 같이 지정되지 않았다면 법에 정해진 대로 이해되거나 한정되는 것을 의도하지 않으며, 법에 정해진 대로 이해되거나 한정되어서는 안 된다. 장치 및 방법의 선택된 실시예는 이하에 도면으로 만들어진 참조로 상세히 개시되고 설명된다.
본 발명 전반에 걸쳐서 "라이너리스 라벨", "활성화 가능한 라벨", "활성화 가능한 라이너리스 라벨" 및 "라이너리스 활성화 가능한 라벨"은 달리 특정되어 있지 않다면 상호 교환적으로 사용된다.
접착제 포뮬레이션에서의 에너지 흡수제의 사용은 잘 설명되어 있지만, 특정 경우에 있어서는 오늘날 소비 시장의 미적 요구 사항과 양립할 수 없는 어두운 색깔의 접착제를 야기시킬 수 있다. 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제는 사용시 상기 접착제의 흡수 범위와 방사선 공급원 또는 에너지 공급원의 방출 범위를 맞춤으로써, 최대 또는 실질적으로 최대의 에너지 전송을 달성한다. 상기 방사선 공급원은 에너지 파장의 넓은 스펙트럼, 일반적으로 피크 파장, 즉 스펙트럼에서 피크 에너지 값과 관련된 파장을 갖는 넓은 스펙트럼을 방출할 수 있다. 상기 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제는 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제가 방사선 공급원을 작동시키는데 에너지를 덜 필요로 하는 반면에 보다 빠른 속도로, 어두운 색깔의 접착제가 갖는 단점없이 열 활성화되도록 하는 높은 흡수 특성을 보여준다. 마찬가지로, 접착제 흡수를 조정하여 방사선 방출을 대략 맞춤으로써, 활성화 가능한 라이너리스 라벨 상에 방출되는 대부분의 에너지는 접착제에 의해 흡수되고, 페이스스톡 상에 인쇄된 표시 또는 페이스스톡과 커플링되는 적은 양의 잔여 에너지를 남긴다. 만약 에너지가 페이스스톡 또는 표시에 의해 흡수되도록 한다면, 페이스스톡 또는 표시의 결과적인 가열은 페이스스톡의 변색을 일으킬 수 있다. 방사선 공급원에 대한 접착제의 흡수를 조정함으로써 이러한 형태의 페이스스톡 변색의 발생을 낮추는 반면, 일부 경우에는 페이스스톡의 변색을 방지하기 위한 추가적인 조치가 보장된다. 이것들은 접착제와 페이스스톡 사이의 반사층 및/또는 배리어층과 같은 기능층의 사용을 포함한다. 상기 기능층은 프라이머층의 형태가 될 수 있다.
외관이 불투명하거나 어두운이 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제를 제공하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 외관이 투명, 반투명 또는 흰색일 필요가 있는 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제는 예를 들어, 카본블랙 또는 그래파이트와 같은 첨가제, 안료, 염료, 잉크 및/또는 착색제가 실질적으로 없도록 포뮬레이션될 수 있다. 다른 상황에 있어서, 상기 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제는 예를 들어, 카본블랙 또는 그래파이트와 같은 첨가제, 안료, 염료, 잉크 및/또는 착색제를 하나 이상 함유할 수 있다.
활성화 가능한 접착제의 중요한 속성은 활성화된 상태로 유지하는, 즉 접착제가 그것의 점착성을 잃기 전에 컨테이너 또는 용품 (article)과 같은 물품에 대한 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 적용을 가능하게 하기에 충분히 긴 점착성 상태에 있는 능력이다. 이러한 기간은 보통 접착제의 "오픈 타임 (open time)"으로 일컬어진다. 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 물품에 대한 적용 속도, 및 활성화 장치 및 활성화 가능한 라이너리스 라벨이 물품에 적용되는 지점 간의 거리에 따라, 이러한 오픈 타임은 1초의 몇 분의 1, 및 몇 분 이상만큼 길 수 있다. 한 실시형태에서, 오픈 타임은 1시간보다 길다. 접착제의 실시형태는 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 물품에 대한 적용 후에, 대략 60초, 예를 들어 1분 동안 다시 위치될 수 있어, 적용 후 즉시 물품 상의 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 위치에 대한 작은 조정이 이루어질 수 있다. 접착제의 실시형태는 상기 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 활성화 후, 활성화 가능한 라이너리스 라벨과 물품 사이에 영구적인 결합을 대략 2분 이내에 형성함으로써, 상기 활성화 가능한 라이너리스 라벨은 물품으로부터 실수로 제거되거나, 물품 상에 다시 위치될 수 없다.
접착제
다양한 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제 또는 접착제 시스템이 본 명세서에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이 제공된다. 하지만, 본 발명이 본 명세서에 설명된 특정한 접착제 시스템의 용도로 한정되는 것은 결코 아님을 알 수 있을 것이다. 바람직하게는 상기 접착제 시스템은 본 명세서에 설명된 특정 접착제 베이스 폴리머를 이용한다. 상기 접착제 시스템은 일반적으로 (i) 접착제 베이스 폴리머, (ii) 가소제, 및 (iii) 점착제를 포함한다. 이들 구성 성분 각각에 대한 일반적인 그리고 바람직한 중량% 농도가 하기 표 1에 제시된다. 언급된 중량% 농도는 구성 성분 (i)-(iii)의 전체 중량에 기초한 것임을 알 수 있을 것이다. 따라서, 상기 접착제 시스템은 하기 표 1에 나열된 구성 성분 (i)- (iii) 뿐만 아니라 추가의 구성 성분 및 첨가제를 포함할 수 있다는 것이 고려되고 예상된다.
[표 1] 바람직한 접착제 시스템에서의 구성 성분의 일반적 농도 및 바람직한 농도
본 명세서에 설명된 바람직한 접착제 시스템은 일반적으로 접착제 베이스 폴리머 (본 명세서에서 보다 상세히 설명됨), 바람직하게는 적용 온도 미만에서 고체 결정 상태인 가소제 및 바람직하게는 적용 온도 미만에서 또한 고체 상태인 고체 점착제를 포함한다. 접착제 재료의 물리적 상태는 온도를 변화시킴으로써 고체 상태에서 비고체 상태 사이에서 전환될 수 있다. 접착제의 오픈 타임은 구성 성분, 즉 접착제 폴리머 베이스, 가소제 및 점착제의 비를 조정함으로써 조절될 수 있다. 바람직한 활성화 온도는 바람직하게는 약 50℃ 내지 약 120℃의 범위 내에 있다. 하지만, 본 발명이 이러한 범위 내의 활성화 온도를 나타내는 접착제 시스템으로 한정되지 않는다는 것이 이해될 것이다.
활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제의 전환 온도에서, 접착 및 점도 특성은 현저하게 변화된다. 따라서, 감압 접착제 시스템은 본 명세서에 설명된 이들 전략을 이용함으로써 "오프 (off)" 에서 "온 (on)"으로 열적으로 전환될 수 있다. 만약, 다음 이러한 접착제 시스템이 지정된 전환 온도 미만의 온도에서 페이스스톡 상에 코팅된다면, 상기 접착제 재료는 그것의 비점착성 (non-sticky) 고체 상태에 있다. 따라서, 라벨 구성은 롤 형태로 권취될 수 있다. 적용 공정 동안에, 상기 온도는 전환 온도로 증가됨으로써 접착제 재료는 비고체 상태로 바뀌고, 다음에 그것의 감압 접착제 특성을 나타낼 것이며, 이는 증가된 접착 특성의 결과로서 활성화 가능한 라이너리스 라벨은 원하는 대로 기재에 부착될 수 있게 한다. 만약 상기 기제가 다공성 표면을 나타낸다면, 바람직한 실시형태의 접착제 시스템은 상기 온도가 접착제 재료의 전환 온도 미만으로 감소하는 경우라도 서로 맞물리는 효과로서 기공 내로 이동하여 매우 잘 점착하게 될 것이다.
표 2에 나타낸 포뮬레이션은 글리세릴 트리벤조에이트가 가소제 및 바이오계 함량의 높은 비율의 공급원 뿐만 아니라 에너지 흡수제 모두로 사용되는 하나의 예시적 접착제 포뮬레이션을 설명한다. 이러한 가소제에서, 글리세롤 구성 성분은 약 22%의 글리세릴 트리벤조에이트를 구성하는 식물계 분자이다. 이들 유형의 포뮬레이션을 위한 가소제의 다른 예는 디사이클로헥실 프탈레이트, 디페닐 프탈레이트 및 1,4-사이클로헥산 디메탄올 디벤조에이트를 포함한다.
[표 2] 예시적 접착제 포뮬레이션
본 명세서에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 접착제 폴리머 베이스를 형성함에 있어서, 하나 이상의 다작용성 모노머 및 하나 이상의 사슬 이동제를 유효량 이용하는 것이 바람직하다. 대표적인 바람직한 다작용성 모노머는 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트이다. 바람직한 사슬 이동제는 n-도데실 메르캅탄이다.
본 발명은 또한 (i) 하나 이상의 저급 알킬 아크릴레이트, (ii) 스티렌, (iii) 메틸 메타크릴레이트, (iv) 메타크릴산, (v) 아크릴산, 하나 이상의 다작용성 모노머, 및 하나 이상의 사슬 이동제를 포함하는 다양한 바람직한 실시형태의 접착제 폴리머 베이스를 제공한다. 한 실시형태에서, 이들 각각의 구성 성분에 대한 일반적 농도 및 바람직한 농도가 하기 표 3에 제시된다. 표 3에 나열된 중량% 농도는 접착제 폴리머 베이스의 전체 중량을 기초로 한다. 본 명세서에 설명된 다양한 접착제 베이스 폴리머는 사실상 단지 대표적인 것으로 이해될 것이다. 일반적으로 구성하는 본 발명의 바람직한 실시형태이긴 하지만, 본 명세서에 기재된 특정한 접착제 폴리머 베이스의 용도로 결코 한정되지 않는 발명이다.
[표 3] 접착제 폴리머 베이스에서 구성 성분의 일반적 농도 및 바람직한 농도
바람직한 실시형태의 접착제 폴리머 베이스에서 구성 성분 (i)에 대하여, 다양한 저급 알킬 아크릴레이트가 단독으로 또는 조합되어 사용될 수 있다. 예를 들면, 메틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트 및 2-에틸헥실 아크릴레이트가 사용될 수 있다. 하지만, 부틸레이트 아크릴레이트 및 에틸 아크릴레이트가 일반적으로 바람직하며, 부틸 아크릴레이트가 가장 바람직하다. 다양한 스티렌 및 스티렌계 물질이 구성 성분 (ii)에 대하여 사용될 수 있다. 마찬가지로, 구성 성분 (iii)에 대하여, 메틸 메타크릴레이트를 사용하는 것이 일반적으로 바람직하다. 하지만, 다른 유사체 및 기능적으로 동등한 모노머가 메틸 메타크릴레이트와 함께 사용되거나, 메틸 메타크릴레이트 대신에 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
구성 성분 (iv)에 대한 바람직한 모노머는 메타크릴산이다. 하지만, 본 발명은 메타크릴산과 함께 사용되거나 또는 메타크릴산 대신에 사용되는 다른 동등한 모노머를 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다. 아크릴산이 구성 성분 (v)에 대해 언급되었지만, 본 발명은 다른 동등한 모노머의 사용을 포함한다는 것이 이해될 것이다.
다양한 다작용성 모노머 또는 다작용성 모노머 제제가 본 발명에서 사용될 수 있다. 상기 다작용성 모노머는 접착제 베이스 폴리머의 가교를 달성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 다작용성 모노머의 대표적인 예는 2작용성 모노머, 3작용성 모노머 및 3개 이상의 활성 작용성 사이트를 갖는 다작용성 모노머를 포함하지만, 이것들로 한정되는 것은 아니다. 2작용성 모노머의 바람직한 예는 1,4-부탄디올 디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 및 이들의 조합을 포함하지만, 이것들로 한정되는 것은 아니다. 또 다른 바람직한 2작용성 모노머는 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트이다. 3작용성 모노머의 바람직한 예는 에톡실화된 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 프르폭실화된 글리세롤 트리아크릴레이트 및 이들의 조합을 포함하지만, 이것들로 한정되는 것은 아니다. 3개 이상의 활성 작용성 사이트를 갖는 다작용성 모노머의 바람직한 예는 에톡실화된 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트 및 이의 조합을 포함하지만, 이것들로 한정되는 것은 아니다. 이들 수많은 다른 적합한 다작용성 모노머는 미국 펜실베니아주 엑스톤의 Sartome Company, Inc.와 같은 다양한 공급업체로부터 상업적으로 입수 가능하다. 다작용성 모노머의 일반적 농도는 약 0 내지 약 5.0%의 범위이며, 약 0.5% 내지 약 2.5%가 바람직하고, 약 1.5% 내지 약 2.0%가 가장 바람직하다.
활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제를 형성함에 있어 사용되는 사슬 이동제는 일반적으로 약 0 내지 약 5.0%의 농도로, 바람직하게는 약 1.0% 내지 약 4.0%의 농도로 사용된다 (백분율은 모노머 및 사슬 이동제의 전체 중량에 기초함). 적합한 사슬 이동제의 대표적인 예는 n-도데실 메르캅탄, tert-노닐 메르캅탄, 이소옥틸 3-메르캅토프로피오네이트 및 이들의 조합을 포함하지만, 이것들로 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 결코 이들 사슬 이동제로 한정되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 대신에, 다양한 사슬 이동제가 사용될 수 있다. 적합한 사슬 이동제는 미국 미주리주 세인트 루이스의 Sigma Aldrich와 같은 공급업체로부터 상업적으로 입수 가능하다. 가장 바람직하게는, 접착제 폴리머 베이스는 (i) 하나 이상의 다작용성 모노머 제제 및 (ii) 하나 이상의 사슬 이동제 모두를 포함한다.
한 실시형태에서, 특히 바람직한 접착제 폴리머 베이스 조성물이 하기 표 3a에 제시된다. 표 3a는 접착제 폴리머 베이스에서 구성 성분의 바람직한 농도 및 가장 바람직한 농도를 나타낸다.
[표 3a]
활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제는 그것들이 수많은 적용 분야에서 사용되도록 하는 독특한 특징을 갖는다. 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제의 하나의 특징은 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제를 활성화시키기 위해, 즉 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제를 비점착성 상태에서 점착성 상태로 선택적으로 바꾸기 위해 요구되는 비교적 단시간의 기간과 관련이 있다. 빠른 활성화 시간은 접착제가 고속의 라벨링 작업에서 사용되도록 한다. 바람직하게는 본 발명의 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제는 약 0.3초의 시간 내에 활성화될 수 있고, 일반적으로는 1초 미만의 시간 내에, 보다 일반적으로는 0.5초 미만의 시간 내에 활성화된다. 본 명세서에서 이러한 시간은 접착제의 "활성화 시간"을 일컫는다.
본 명세서에서 이전에 설명한 바와 같이, 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제는 일단 활성화되면, 적어도 그것의 점착성을 잃기 전에 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제를 물품에 운반하고, 기재를 수신하는 라벨의 적용을 허용할 만큼 그들의 활성화된 상태를 길게 유지한다. 예를 들면, 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제는 바람직하게는 적어도 약 0.1초 내지 10분 또는 그 이상의 오픈 타임을 나타낸다. 특정한 적용 분야에 대하여는 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제는 1시간 또는 그 이상, 또는 72시간 또는 그 이상의 시간 이하와 같이 비교적 긴 오픈 타임을 나타내도록 맞출 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제는 10초 내지 60초의 오픈 타임을 나타낸다.
활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제가 일단 활성화되면, 즉 그것들의 "오픈" 및 점착성 상태 동안에는, 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제는 비교적 높은 점착성을 나타낸다. 예를 들면, 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제는 판지 또는 강철과 같은 기재에 대하여 적어도 약 1.0뉴턴, 보다 바람직하게는 적어도 약 1.25뉴턴의 초기 피크 점성 (initial peak tack)을 나타낸다. 본 명세서에 제시된 예와 함께 설명되는 바와 같이, 일반적으로 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제의 바람직한 실시형태는 1.0뉴턴 내지 2.0뉴턴 범위의 초기 피크 점성 값을 나타낸다. 이들 점성 값은 본 명세서에 상세하게 설명된 SPAT를 이용하여 측정된다. 바람직하게는 이들 점성 값은 본 명세서에 설명된 기재에 관한 것이다. 하지만, 본 발명이 본 명세서에 설명된 기재와 관련된 이들 점성 값을 나타내는 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제로 한정되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 다시 말해, 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제는 본 명세서에 명시적으로 설명되지 않은 다른 기재 및 기재 재료와 관련하여 이들 점성 값을 나타내는 것이 고려된다. 아울러, 일반적으로 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제의 활성화시 점착제는 부드러워지고, 유동성의 상태인 것이 바람직하다.
또한, 특정 실시형태에서, 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제는 일반적으로 활성화 후에는 투명하여, 어떤 해로운 흡수 없이 빛이 통과를 허용한다. 바람직하게는 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제는 일단 활성화되면, 투명한 상태, 또는 비교적 긴 시간, 바람직하게는 적어도 1년, 보다 바람직하게는 1년 이상 동안 실질적으로 투명한 상태로 남아 있다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제는 예를 들어, 카본블랙 또는 그래파이트와 같은 하나 이상의 안료, 염료, 잉크, 착색제 등을 함유할 수 있다는 것 또한 이해될 것이다. 상기 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제가 카본블랙 또는 그래파이트를 함유하는 경우에는, 일반적 농도의 범위가 젖은 중량을 기준으로 약 0.01% 내지 약 0.1%, 바람직하게는 약 0.02% 내지 약 0.08%이다. 특정 적용 분야에 있어서, 약 0.05% 농도의 카본블랙이 사용된다. 다수의 상업적으로 입수 가능한 카본블랙의 공급원이 사용될 수 있다. 바람직하게는 미국 매사추세츠주 보스턴의 Cabot Corporation의 카본블랙이 이용된다. 또 다른 바람직한 카본블랙은 미국 뉴저지주 플로햄 파크의 BASF Corporation로부터 입수 가능한 상품명 AURASPERSE W-7012로 이용 가능하다.
상기 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제는 수계 형태 또는 상기 접착제 베이스 폴리머가 고체 가소제 및/또는 고체 점착제와 같은 다른 접착제 구성 성분과 블렌드되어 열 활성화 가능한, 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제, 특히 근적외 방사선 ("NIR") 내지 중적외 방사선 ("MIR") 활성화 가능한 접착제 포뮬레이션과 같은 빛 활성화 가능한 접착제를 만들어내는 다른 형태일 수 있다.
바람직한 실시형태 접착제의 추가 측면은 다음과 같다. 상기 접착제 베이스 폴리머의 평균 분자량의 일반적인 범위는 약 10,000달톤 내지 약 150,000달톤이다. 바람직한 범위는 약 15,000달톤 내지 약 100,000달톤이며, 약 20,000달톤 내지 약 40,000달톤의 범위가 가장 바람직하다. 보다 낮은 분자량을 갖는 폴리머가 일반적으로 바람직한데, 그 이유는 이러한 폴리머는 더 높은 분자량을 갖는 상응하는 베이스 폴리머에 비해 더 빠르게 활성화될 수 있기 때문이다.
상기 접착제 베이스 폴리머는 또한 특정 유리 전이 온도 Tg를 나타낸다. 상기 베이스 폴리머의 Tg는 공정의 압력 및 온도 요건, 그리고 제품이 접하게 되는 압력 및 온도 조건에 의존하지만, 일반적인 Tg 범위는 약 20℃ 내지 약 100℃이다. 바람직한 Tg 범위는 약 55℃내지 약 80℃이다. 그리고, 베이스 폴리머의 유리 전이 온도 Tg에 대한 가장 바람직한 범위는 60℃ 내지 75℃이다.
또한, 접착제를 형성할 때, 용융시킨 다음에 가소제는 오랜 기간 동안 액체 또는 유동 가능한 형태로 남아 있는 것이 바람직하다. 상기 가소제가 액체 또는 유동 가능한 상태로 남아있는 온도는 일반적으로 50℃ 내지 120℃이다.
특정 포뮬레이션 및 구성 성분 선택의 결과로서, 특정 특성 및 특징을 갖는 많은 바람직한 실시형태의 활성화된 접착제는 약 -10℃ 및 그 보다 높은 온도에서 계속하여 점착성이다. 상기 바람직한 활성화된 접착제는 일반적으로 약 0.1초 내지 약 2주의 기간 동안 계속하여 점착성이다. 하지만, 본 발명은 이들 특정 기간으로 한정되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제는 2주 보다 긴 기간 동안 계속하여 점착성으로 포뮬레이션될 수 있다. 바람직한 활성화된 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제의 다수는 현저히 긴 오픈 타임, 즉 접착제가 점착성의 상태로 있는 동안의 시간을 나타낸다.
상기 베이스 폴리머의 분자량 및 분자량 분포를 포함하는 다양한 요인을 조절할 뿐만 아니라, 다작용성 모노머 및 사슬 이동 물질의 조합을 이용함으로써 베이스 폴리머의 다작용성 모노머의 수준을 조절함으로써, 빠른 활성화, 높은 점착성, 긴 오픈 타임 및 오래 지속되는 선명도의 뛰어난 특성을 갖는 열 전환 가능한 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제가 얻어진다. 가열시, 상기 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제는 일반적인 감압 접착제로서 작용하고, 점착 특성은 연장된 기간 동안 유지될 수 있어, 접착성을 향상시키기 위해 타깃으로 하는 기재 표면 상에 접착제 재료를 유동시키거나 또는 젖게 한다. 더욱이, 본 발명의 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제 재료는 본질적으로 근적외 방사선으로 활성화 가능하며, 빠른 라인 속도에 대한 짧은 활성화 시간을 유도한다. 또한, 본 발명의 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제 재료는 본질적으로 염화 메틸렌, 메틸 에틸 케톤 및 그 밖의 용매와 같은 용매로 활성화 가능하다. 용매 활성화는 열의 사용을 방지한다. 용매와 열의 조합을 사용하여 활성화되면, 열 에너지에 대한 요구 사항이 감소될 수 있으며, 그것과 관련된 안전에 대한 우려를 줄일 수 있다.
바람직한 접착제의 베이스 폴리머는 일반적으로 약 2.0 내지 약 10.0, 바람직하게는 2.0 내지 4.0의 다분산도 지수를 나타낸다. 하지만, 본 발명의 활성화 가능한 라이너리스 라벨 접착제의 베이스 폴리머는 2.0보다 작고, 10.0보다 큰 다분산도를 나타내는 폴리머성 시스템을 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다.
라벨, 추가 층, 적용을 위한 방법 및 장비
도 1은 예시적인 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 구성, 즉 10 mil의 페이스스톡(110) (예를 들어, 사용된 종이 페이스스톡은 미국 위스콘신주 애플턴 Appleton Papers Inc.의 APPLETON C1S LITHO 60 lb)이 1 mil의 활성화 가능한 접착제, 즉 포뮬레이션이 표 2에 설명된 접착제(120)로 코팅된 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)을 보여준다. 종이 페이스스톡에서 종이 한쪽 면 상에 에멀젼 또는 수성 포뮬레이션의 코팅에 의해 야기되는 불균일한 수분 레벨은 용지가 컬링되는 것을 유발시킬 수 있다. 이 문제는 스티밍 (steaming) 또는 당업자에게 알려진 임의의 다른 수단을 통해 종이의 다른 쪽에 선택적으로 수분을 제공함으로써 해결될 수 있다. 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)은 면(210) 및 가장자리(220)를 포함한다. 이러한 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)의 제조는 예를 들어, Tsukahara 등의 미국 특허 제4,745,026호에 상세히 나와 있다. 이들 라이너리스 라벨(100)은 일반적으로 활성화 전에 면(210) 상에 표시(130)로 인쇄된다. 표시는 예를 들어, 영숫자 데이타/정보 및/또는 그래픽 이미지를 포함할 수 있다. 인쇄 기술은 일반적으로 알려져 있으며, 활자, 레이저, 오프셋, 그라비아, 플렉소그래픽, 실크 스크린, 디지털 방식이 있다. 디지털 인쇄 기술은 예를 들어, 잉크젯, 정전 방사, 열, 직접 열 및 전자 사진 기술을 포함할 수 있다. 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)이 본 명세서에서 논의된 열 절연 프라이머 및/또는 배리어 물질의 층을 포함하는 경우, 직접 열 인쇄가 용이하다. 다른 이미지 라이팅 또는 조각 기술 또한 이용될 수 있다. 이러한 하나의 기술은 빛, UV, 보라색 빛 또는 레이저와 같은 자극제를 이용하여, 자극제에 반응하는 물질을 함유하는 면 상의 코팅과 자극제의 상호 작용을 통해 페이스스톡 상에 이미지를 형성한다. US2006024122 및 US20100277561은 비가역적인 색 변화를 겪음으로써 레이저 빔에 대한 노출에 반응성이 있는 예시적인 포뮬레이션, 라이팅을 위한 장치 및 사용 방법을 설명하였다. 모두 그 전체가 참조로서 본 명세서에 통합된다.
물품에 대해 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)을 활성화 및 적용하기 위하여, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)은 일반적으로 전달 장치 또는 액추에이터 상에 배치된다. 이들 전달 장치는 블로어 시스템 (Shibata의 미국 특허 제4,784,714호 참조), 컨베이어 벨트 (Matsuguchi의 미국 특허 제5,895,552호 참조), 패들 (Chodacki의 미국 특허 제5,922,169호 참조), 플런저 (Ewert 등의 미국 특허 제6,006,808호 참조), 캐리어 시트 (Von Folkenhausen 등의 미국 특허 제7,029,549호 참조), 진공 드럼 (Francke 등의 미국 특허 제6,899,155호 참조), 롤러 (Hinton의 미국 특허 제5,964,975호 참조), 및 진공 헤드 또는 벨트 (Williamson의 미국 특허 제6,471,802호 참조)를 포함한다. 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)이 적용될 수 있는 물품은 예를 들어, 상자, 소포, 봉투, 파우치, 백, 용기, 컨테이너, 캔 및 병을 포함할 수 있다.
상기 전달 장치는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)을 수신한 다음, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)을 운반함으로써, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)의 접착제(120) 측은 이전에 언급된 바와 같은 활성화 방식을 채용하는 활성화 장치에 노출된다. 실시형태에서, 상기 활성화 방식은 대략 0.8㎛ 내지 대략 3㎛의 피크 파장을 갖는 IR 에너지에 대한 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)의 노출을 포함할 수 있다. 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)을 그것의 활성화되지 않은 상태에서 물품에 대한 부착으로 운반하는 순서로 다수의 전달 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 전달 장치는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)을 수신하고, 방사 에너지를 통해 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)를 운반하고, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)이 물품에 적용되는 위치에 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)을 운반하도록 구성된 하나 이상의 액추에이터를 포함할 수 있다. 실시형태에서, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)은 각각이 거의 0.8㎛의 피크 파장에서 4000 kW/㎡ 까지 전달하는 대략 200 kW/㎡ 내지 800kW/㎡의 방사 조도를 방출하도록 구성된 에미터, 유닛 또는 램프를 갖는 독일 브루크물의 Advance Photonics Technology AG에 의해 10인치 길이의 NIR 유닛을 사용하여 활성화된다. 200 라벨/분을 초과하는 동일한 활성화 속도는 또한, 11초 내지 2초 미만의 짧은 반응 시간을 갖는 6개 내지 8개의 트윈 튜브를 포함하는 독일 클레이노스트하임의 Heraeus Noblelight GmbH에 의해 1.2㎛의 피크 파장을 갖는 단파 적외 방사선 (SWIR), 1.5㎛의 피크 파장을 갖는 빠른 중파 적외 방사선 (FMWIR) 및 2.5㎛의 피크 파장을 갖는 중파 적외 방사선 ("MWIR")을 사용하여 얻어진다. 유닛, 즉 활성화 장치의 일부분인 에너지 공급원은 예를 들어 매초 또는 2초에 한번의 속도와 같은 빠른 속도로 켜지고 (turn ON) 꺼질 (turn OFF) 수 있기 때문에 짧은 반응 시간이 유리하다. 에너지 절감은 유닛을 계속하여 ON으로 남길 필요를 없도록 함으로써 얻어진다. 상기 유닛에 의해 제공되는 높은 에너지 밀도 때문에, 상기 유닛은 접착제(120)를 활성화하기 위해 제한된 기간에 대해서만 켜질 필요가 있다. 각각의 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)의 치수에 따라, 방사선에 대한 접착제의 노출 시간은 1초 미만 동안일 수 있으며, 일반적으로 대략 0.1초 내지 대략 0.5초의 범위일 수 있다. SWIR 및 FMWIR이 더 높은 에너지 밀도를 제공하는 탄소 타입보다 더 좁다. 에미터의 선택은 다양한 요인들에 따라 달라지는데, 특히 높은 에너지 밀도, 예를 들어 접착제(120)에 의한 최고의 흡수와, 인쇄된 표시에 의한 최저의 흡수 사이의 트레이드 오프(tradeoff), 또는 구조물로의 조절된 침투 및 가장 빠른 ON/OFF 사이클이다. 특히 산업 분야에서 이들 높은 전력 에미터(148) (도 4) 사용의 안전성과 관련된 다른 요인이 활성화 시스템을 설계할 때에 고려될 필요가 있다.
도 2는 미리 절단된 활성화 가능한 라벨(150)의 스택이 활성화되어 물품(160)에 부착되는 컷-앤드-스택 (cut-and-stack) 타입의 라벨 적용을 위한 제 1 시스템(140)의 예시적 실시형태를 보여준다. 예를 들면, 물품(160)은 컨테이너일 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) 각각은 진공 드럼(180)에 의해 픽업됨으로써, 접착제(120) (도 1)는 진공 드럼(180)과 접촉하지 않으며, 진공 드럼(180)은 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100), 특히 접착제(120) (도 1)를 활성화시키는 NIR 또는 MWIR와 같은 방사선 공급원(200)을 지나 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)을 운반한다. 다음, 활성화된 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)은 그것들이 부착되는 물품(160)으로 운반된다. 이러한 제 1 시스템(140)의 하나의 이점은 시스템(140)이 미리 코팅되고 건조된 접착제(120)를 사용하고, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)의 가장자리(220) (도 1)를 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) 상의 다른 영역과 균등하게 덮는다는 것이다. 시스템(140)과는 달리, 현재의 컷-앤드-스택 기술은 습식 적용된 접착제 (glue)를 사용하며, 컷-앤드-스택 라벨의 컷-앤드-스택 가장자리 근처에 항상 완전히 균일하게 적용되지 않는다. 습식 적용된 접착제의 불량한 정렬로 인해 접착제 피복성 (coverage)이 일정하지 않은 컷-앤드-스택 가장자리의 컬링 (curling)이 발생한다. 이러한 컬링 및 컷-앤드-스택 가장자리의 결과적 리프팅 (lifting)은 "플래깅 (flagging)"으로 일컬어진다. 이것은 종종 적용 후 컷-앤드-스택 가장자리 근처에 부착하지 않아, 따라서 컷-앤드-스택 라벨이 운반 및 사용 동안에 찢어지게 되는 컷-앤드-스택 라벨을 야기시킨다.
이러한 제 1 시스템(140)의 또 다른 이점은 상기 시스템이 짧은 교체 시간 (changeover time)을 가능하게 하는 것이다. 현재의 컷-앤드-스택 기술은 컷-앤드-스택 라벨의 크기를 맞춰야만 하고, 컷-앤드-스택 라벨 영역을 적절히 등록하여 컷-앤드-스택 접착제의 컷-앤드-스택 가장자리 블리딩 (bleeding)을 유발시키지 않기 위해 조정되어야만 하는 특별한 접착제 적용 피트 (glue application feet)를 필요로 한다. 이러한 공정에 대한 일반적인 교체 시간은 8시간 이하이다. 본 발명의 실시형태의 예에서, 교체 시간은 예를 들어 대략 1시간 내지 대략 2시간의 범위일 수 있다. 따라서, 교체 시간은 크게 감소된다.
도 3은 미리 절단된 활성화 가능한 라벨(150)의 스택이 활성화되어 물품(160)에 부착된 제 2 시스템(230)의 예시적 실시형태를 보여준다. 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) 각각은 컨베이어 벨트(240)에 의해 픽업됨으로써, 접착제 층(120) (도 1)는 컨베이어 벨트(240)와 접촉하지 않으며, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) 각각은 프린터(250)를 지나 운반되어, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)의 면(210) (도 1) 상으로 표시(130) (도 1)를 인쇄한다. 실시형태에서, 프린터(250)는 디지털 이미지를 인쇄하도록 구성된다. 다음, 컨베이어 벨트(240)는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)을 진공 드럼(180)으로 운반함으로써, 접착제층(120)은 진공 드럼(180)과 접촉하지 않으며, 진공 드럼(180)은 방사선 공급원(200)을 지나 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)를 운반하여, 라이너리스 라벨(100), 특히 라벨 접착제(120) (도 1)를 활성화시킨다. 다음, 활성화된 라벨은 그것들이 부착되는 물품(160)으로 운반된다.
도 3은 액추에이터 또는 운반체로서 진공 드럼(180) 및 컨베이어 벨트(240)를 도시한다. 이러한 실시형태는 한정됨을 의미하는 것이 아니며, 다른 액추에이터 또는 운반체를 포함할 수 있다.
도 4는 라벨(151)의 연속 롤이 P&A 활성화 가능한 라이너리스 라벨 어플리케이터(141)에 제공되는 인쇄-및-적용 (P&A) 활성화 가능한 라이너리스 라벨 어플리케이터(141)에 대한 제 3 시스템의 바람직한 실시형태를 보여준다. 라벨(151)의 롤은 라인(152) 상을 움직여서 각각의 P&A 라벨이 커터(252)에 의해 절단되기 전에 표시(130) (도 1)로 인쇄되는 프린터(251)로 간다. 다음, 인쇄되고 절단된 P&A 라벨은 1초의 몇 분의 1로 각각의 P&A 라벨을 활성화시키는 NIR, 단파 적외 방사선 (SWIR) 또는 MWIR 공급원(201)을 지나 일반적으로 TAM 컨베이어 또는 진공 벨트(101a) 또는 유사한 구성 성분에 의해 대체로 142로 지정된 열 활성화 (TAM) 유닛으로 이동된다. 다음, 상기 활성화된 P&A 라벨은 활성화된 라벨이 제품(161)에 적용되는 대체로 143으로 지정된 어플리케이터 유닛으로 운반된다.
TAM 유닛(142)에 대해 보다 특별히 참조하면, 도 4a 및 도 4b는 다소 개략적인 방식으로 TAM 유닛(142)을 통해 P&A 라벨 (접착제 측이 아래로 향하도록)을 전달하는 캐리어 시스템을 갖는 상부 인클로저(144) (도 4)를 도시한다. 캐리어 시스템에 대한 문이 열려 있어, 도 4a에서는 캐리어 벨트(145)가 보인다. 바람직한 실시형태에서, 캐리어 벨트(145)는 실리콘층과 같은 코팅으로 덮이거나, 또는 거칠기 및 내열성을 제공하기 위해 분무된 저에너지 비즈로 덮인 스테인리스 강철과 같은 금속으로 만들어질 수 있다. 이러한 코팅은 P&A 라벨이 캐리어 벨트(145) 상에서 제자리에 유지되고, 활성화 공정을 통한 그들 각각의 초기 위치를 유지하도록 도와준다. 상기 코팅은 또한 TAM 유닛(142)의 사용 동안에 발생하는 온도에 대해 내열성이면서, 잉크 픽오프 (pick off) 및 인쇄된 P&A 라벨의 얼룩을 최소화시키기 위해 충분히 낮은 에너지를 갖는다. 하나 이상의 팬(146) (도 4)은 음의 압력으로 이 캐리어 벨트(145) (도 4a) 상에 P&A 라벨을 보유한다. 이러한 공기 흐름은 TAM 유닛(142) 내의 P&A 라벨의 활성화에 대한 부정적인 영향을 가지며, 이 P&A 활성화 가능한 라이너리스 라벨 어플리케이터(141)는 캐리어 벨트(145) 상의 P&A 라벨을 향해 TAM 유닛(142)에 수신되는 열량의 함수로서 최선의 공기 흐름을 연속하여 찾는다.
도 4b는 TAM 유닛(142) (도 4) 바닥의 에미터 인클로저(147)를 도시한다. 도 4로 돌아가 참조하면, TAM 유닛(142)은 하나 이상의 에미터(148) (도 4)를 수용하여 에너지 공급원으로서의 역할을 한다. TAM 유닛(142)은 입력 센서(166) 및 출력 센서(165) 뿐만 아니라 알루미늄판(162,163)을 포함한다. 에미터 인클로저(147)는 바람직하게는 상부 인클로저(144)로부터 TAM 유닛(142)의 바닥을 완전히 분리하는 특별한 석영 유리(149)에 의해 상부에서 밀폐된다. 이것은 활성화를 위해 임의의 다른 열의 공급원이 P&A 라벨로 이동하지 않도록 하지만, 에미터(148)로부터의 방사선 에너지만이 P&A 라벨로 이동된다. 이 에미터 인클로저(147)의 터보 팬과 같은 팬(161)은, 전력의 손실, 센서 고장 등과 같은 의도하지 않은 일이 일어났을 때, P&A 라벨이 석영 유리(149) 상에 부주의로 떨어진 경우 P&A 라벨의 버닝 (burning)을 방지하기 위한 온도 범위에 항상 있도록 하기 위해 석영 유리(149)에 대해 충분히 시원한 공기를 유지하도록 모니터된다.
석영 유리(149)는 방사선 에너지의 대부분이 통과할 수 있도록 하는, 보다 구체적으로는 IR 에미터로부터 에너지의 적어도 약 75% 투과, 일반적으로 적어도 약 80%, 적어도 약 85% 또는 적어도 약 92% IR 에너지 투과되도록 하는 유형의 것이어야 한다. 이 점에서 적합한 General Electric (GE)(214) 석영 유리를 이용하며, 굴절, 열 전도율 및 가장 중요한 그것의 커다란 IR 투과 스펙트럼의 최상의 결과를 제공하는 것으로 밝혀졌다. GE(214) 유리는 에미터(148)로부터의 모든 방사선 에너지가 실질적으로 통과하는 것으로 밝혀졌다. 도 4c는 이러한 유형의 유닛에 대한 시스템 제조를 위해 선택된 에미터의 유형의 스펙트럼을 제시한다. 도 4d는 General Electric(214) 석영 유리 (낮은 OH 함량의 용융 석영)의 IR 투과를 2.73㎛ 내지 4㎛ 근처에서 (물) 흡수 밴드가 존재하거나 존재하지 않게 하여, 또 다른 "젖은" 유형의 석영과 비교하여 제시한다. 전체적인 효과는 GE(214) 석영 유리를 통해 IR 가열의 효율성의 증가이다. 이들 도면을 비교하면, GE(214) 석영 유리는 3.5㎛까지 IR의 90%를 전송하고, 4㎛ 내지 4.5㎛까지 적어도 IR의 상당량을 계속하여 전송한다. 이들 파장에서, 에미터(148) (도 4)의 방사선 강도는 대략 가장 높은 강도의 10%이고, 결과적으로 4.5㎛보다 작은 파장에서 전달되는 전체 에너지에 가깝다.
에미터(148) (도 4)는 TAM 유닛(142) (도 4) 내에서 특정 방향을 갖는, 즉 TAM 컨베이어(101a) 벨트 (도 4) 또는 P&A 라벨의 방향에 대해 수직 또는 법선인 것이 바람직하다. 이 방향은 그것들이 TAM 유닛(142) (도 4)의 활성화 시스템을 통과할 때, 라벨 상에 균질한 방사선을 달성한다. 이는 하나의 영역을 과열할 위험없이, 그리고 상이한 P&A 라벨 상에서나 또는 동일한 P&A 라벨 상에서 서로 가열 하에서, 온도의 가장 빠른 증가를 달성하기 위하여, 에미터(148) (도 4)와 P&A 라벨 사이의 거리 조정을 용이하게 한다. 도 4e 및 도 4f는 라벨 온도에 대한 거리를 변화시키는 효과를 도시한다. 안전성 파라미터를 고려하여, 40㎜와 50㎜ 사이의 거리가 TAM 컨베이어(101a) (도 4)를 향하거나 또는 떨어져서 에미터(148) (도 4)를 움직이게 (예를 들어, 그것의 인클로저를 움직이게) 함으로써 조정될 수 있는 작업 거리의 범위를 제공한다.
TAM 컨베이어(101a) (도 4)를 따라서 라벨 경로에 대한 에미터(148) (도 4)의 수직 또는 법선 방향은 램프 고장을 보상하는 이점 또한 제공한다. 오래가는 에미터 또는 램프를 이용하는 것이 바람직하지만, 너무 이른 고장이 발생할 수 있다. 상기 수직 방향의 특징은 균일한 에너지 분포 및 시스템의 능력을 허용함으로써, 적절하게 활성화된 P&A 라벨을 유지하기 위해 남아 있는 램프에 전력을 램프업 (ramp up) 시킨다. 경고가 자동으로 결함이 있는 램프를 교체하기 위해 신호를 받을 수 있지만, 이것은 램프 고장에 직면하여서도 생산이 계속되도록 한다.
바람직한 에미터(148) (도 4)는 P&A 활성화 가능한 라이너리스 라벨 어플리케이터(141) (도 4)에 대한 가장 빠른 활성화 속도를 가지며, 바람직하게는 최대 온도에 도달하는데 1초 미만이 걸린다. 안전성 고려는 대략 동일한 시간 내에 턴오프 (turn off)를 허용함으로써 인식된다. 에미터 수명은 제어 로직 시스템이 완전히 오프보다는 유휴 상태, 예컨대 전력의 10% 내지 15%에 대해서만 에미터(148) (도 4)를 움직이게 함으로써 향상될 수 있다. 턴온 (turn on)에 대한 에미터(148) (도 4)의 속도는 라벨 활성화의 속도 및 품질을 정의할 것이다. 도 4g는 어떻게 라벨 온도가 거의 동시에 활성화 온도까지 램프업되어서, 라벨 롤 바코드에 의해 제어 로직 시스템에 주어지는 원하는 온도 근처에서 라벨 온도를 유지하는지 보여준다. 매우 추운 환경에서, 2초 정도 (order)로 말하는 예열 시간이 필요할 수 있으며, 제어 로직은 주위 온도를 측정하고, 너무 낮으면 컨베이어 벨트(240) (도 3) 상의 상자 등을 감지하지마자 에미터(148) (도 4)를 파워업 (power up)할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
제어 로직용 소프트웨어는 P&A 접착제 상의 최소 및 최대 온도를 판독하고, 모든 P&A 라벨 상에서 일정한 온도를 달성하여 필요에 따라 활성화하기 위하여 에미터(148) (도 4)에 대한 전력을 설정하도록 디자인된다. 도 4g는 100% 근처에서 시작된 전력 세팅이 P&A 라벨 상의 온도가 증가함에 따라 어떻게 감소하는지를 도시한다. P&A 라벨 상에 코팅된 P&A 접착제 재료에 대한 최적의 온도는 알려져 있으며, 운영 프로그램 컨트롤러 로직은 적절히 활성화화기 위해 P&A 접착제에 대해 필요한 일정한 활성화 온도를 유지하려고 시도할 것이다. 도 4g에서, 최대 온도가 P&A 라벨의 인쇄된 영역 상에서 달성되는 반면, 최소 온도는 인쇄되지 않은 영역 상에 있다. 이 예에서 평균 활성화 온도는 대략 100℃이다.
에미터(148) (도 4)의 방사선 에너지 출력은 라벨 활성화의 필요를 적절히 맞추는 것이다. 이것은 활성화를 위한 방출된 에너지 및 흡수된 에너지와 관련된다. TAM 유닛(142) (도 4)은 TAM 컨베이어(101a) (도 4) 상에서 그것에 제공된 P&A 라벨을 빠르고 효율적으로 활성화시킨다. 이것은 P&A 라벨을 공격하는 에미터(148) (도 4)의 에너지 밀도, P&A 접착제의 활성화 온도 및 얼마나 빨리 이용 가능한 조사된 에너지가 접착제 온도의 상승으로 바뀌는지에 대한 직접적 함수이다. 이것은 P&A 접착제, 배리어 및 종이에 의해 조사된 에너지의 흡수와 직접 관련이 있다. 에미터(148) (도 4)에 의해 생성되고, P&A 라벨의 표면 상에 수신된 에너지의 계산은 다음에 따른다:
1. 에미터(148) (도 4) 및 그것들의 반사물 (reflector)의 효율
2. 석영 유리(149) (도 4)에 의한 에미터 빛의 투과로 몇 퍼센트의 에너지가 에미터 인클로저(147) (도 4)의 팬(161) (도 4)의 냉각 효과에 의해 감소될 필요가 있는 원하지 않는 열로 변화시킬 수 있는지 도 4c 및 도 4d를 참조한다.
3. 에미터(148) (도 4)와 P&A 라벨 사이의 거리 및 그것의 P&A 라벨 온도의 빠른 상승에 대한 강한 영향력은 도 4e 및 4f를 참조한다.
4. 에미터(148) (도 4)는 서로 얼마나 가까운지, 특히 P&A 라벨 흐름의 방향에 관하여 어떻게 설정되었는지. 에미터(148) (도 4)를 P&A 라벨 흐름의 방향에 수직으로 설정하는 것은 에미터(148) (도 4)와 P&A 라벨 사이의 거리를 변화시키는 이점, 및 P&A 라벨 상의 방사된 영역의 우수한 균질성 및 그것의 램프에서 라벨 거리에 대한 준독립성을 가진다.
5. 반사물의 품질 및 반사된 빛의 강도에 의존하는 P&A 라벨을 치는 방사된 에너지의 부분, 에미터(148) (도 4)와 P&A 라벨 사이의 거리 및 TAM 유닛(142) (도 4)의 기계적 디자인 파라미터.
6. P&A 라벨이 방사된 에너지를 수신하는 동안의 노출 시간, 즉 P&A 라벨을 인쇄, 활성화 및 적용함에 있어서 기계의 속도.
활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1) 상의 접착제(120) (도 1)는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)의 다양한 구성 성분, 즉 접착제(120) (도 1), 임의의 배리어 및 종이에 의한 빛의 흡수를 통해 빠르게 활성화 온도로 변환되는 상당량의 열을 필요로 하는 것을 알게 될 것이다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 이러한 흡수는 특정한 유형의 카본블랙과 같은 빛-흡수 첨가제에 의해 향상될 수 있다. 도 4j 및 4k를 참조한다. 도 4j는 초당 8인치의 파라미터로 열 활성화 유닛에서 활성화되는 카본블랙 충전의 효과를 나타내는 플롯이고, 도 4k는 초당 10인치의 파라미터로 열 활성화 유닛에서 활성화되는 카본블랙 충전의 효과를 나타내는 플롯이다.
다음의 파라미터는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)의 고속 활성화에 기여한다: (a) 고효율 필라멘트, 석영 전구, 충전된 가스 및 높은 반사물의 반사율을 단파장 내지 중파장 에미터 또는 램프의 사용; (b) 라벨 흐름 방향에 대하여 횡방향 또는 수직의 에미터(148) (도 4); (c) 0.8㎛ 내지 5.0㎛의 파장 투과를 갖는 석영 유리(149) (도 4), 즉 GE 214 용융 석영의 선택; (d) 방사 에너지 손실을 줄이기 위해 에미터(148) (도 4)와 석영 유리(149) (도 4) 사이의 안전한 최소한의 거리를 10㎜ 이하로; (e) 또한 방사 에너지 손실을 줄이기 위해 석영 유리(149) (도 4)와 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1) 사이의 안전한 최소한의 거리를 30㎜로; 그리고 (f) TAM 유닛(142) (도 4)을 통과해 지나가는 TAM 컨베이어(101a) (도 4)의 비추어진 표면을 최대화하기 위해 원하지 않는 구성 성분 및 기계의 표면에 대한 방사선을 최소화시킴으로써 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)에 의해 수신되는 에미터(148) (도 4)로부터의 방사선을 최대화시킨다.
도 4m은 수직 방향에서 TAM 유닛(142) (도 4)을 통해 도시된 인쇄 라벨(150)의 흐름의 평면도의 상세한 사항을 제공한다. 흐름은 화살표로 나타낸 바와 같이, 이렇게 보았을 때 오른쪽에서 왼쪽이다. 에미터(148)는 라벨의 흐름에 수직이다. 도 4n은 최적의 성능 관련 거리를 도시한다. 여기서, 라벨(150)은 종이를 벗어나는 흐름 방향으로 설명되고, 에미터(148)에 수직은 아니지만 평행하다. 거리 "d"는 인접하는 에미터(148)들 사이의 중심간 거리이고, 거리 "h"는 에미터(148)와 라벨(150) 사이의 높이이다. 일반적으로, 특히 바람직한 배열에서 h = 1.3 내지 1.8d, 또는 1.5d이다.
라벨(100) (도 1)의 고속 활성화에 필요한 에너지 및 이용 가능한 에너지를 계산하는 것이 가능하다. 작동상의 스펙트럼 (0.8㎛ 내지 4.5㎛)에서, 석영 유리(149) (도 4)는 10% 내지 15%의 스펙트럼에서 평균 흡수를 가지며, 하나는 90%의 투과를 취할 수 있다. 에미터(148)로부터 10㎜에서, 30도 각도에서 방사선 소실되는 석영 유리(149) (도 4)로, 인클로저의 부재 하에서 6-인치 폭의 기계에 대하여 에미터(148)와 석영 유리(149) (도 4) 사이의 손실은 석영 유리(149) (도 4)가 에미터(148) 방사 면적의 87%를 통과하도록 할 것이다. 2개의 알루미늄판(162,163) (도 4)은 에미터 빛이 더욱 상류 또는 하류의 TAM 컨베이어(101a)를 방사하는 것을 차폐시키기 위해 석영 유리(149) (도 4)의 기계 방향 끝에 있다. 석영 유리(149) (도 4)로부터 30㎜ 내지 40㎜에서 라벨(100) (도 1)로, 그리고 석영 유리(149) (도 4)로부터 비춰진 영역 30㎜로, 6-인치 기계에서는 방출된 빛의 47%가 라벨(100) (도 1)에 의해 수신되고, 4-인치 기계에서는 방출된 빛의 54%가 수신된다. 계산으로부터, TAM 유닛(142) (도 4) 작동은 라벨(100) (도 1)에 도달하는 에미터(148)로부터의 전력을 감소시키는 모든 계수를 최소화할 때 최적이다. 도 4h는 라벨 구성 성분의 흡수 대 파장의 플롯이다. 도 4i는 배리어 및 접착제 코팅된 종이의 NIR 스펙트럼 (도 4H)의 결과에 기초한 반사 및 흡수된 빛의 백분율을 제시한다.
이들 계산을 계속하면, 도 4j 및 4k는 빛의 높은 흡수에 의해 20℃까지의 높은 온도를 얻는 카본블랙의 효과를 제시한다. 1㎛ 내지 3.5㎛의 파장 사이에서 코팅된 재료 및 종이에 의해 "흡수된" 평균 백분율 Abs의 근사값은 도 4h 상에 제시된 바와 같이 약 35%이다. 도 4h에서, 카본블랙을 함유하는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1) (코팅된 종이)은 PerkinElmer Spotlight 400 분광기를 사용하여 FTIR에 의해 분석된다. 적분구 악세서리 (integrated-sphere accessory)를 사용하여 스펙트럼 (10,000-4000㎝-1, 해상도 16㎝-1)을 모으고, 반사 모드를 사용하였다. Abs 값 35% (예컨대 도 4i에 제시된 예)는 다음을 의미한다:
Abs = log (I입사/I반사)
I흡수 = I입사 - I반사
도 4h에서의 Abs ~= 0.35는 입사 방사 에너지의 55%가 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)에 의해 흡수되는 것으로 해석된다.
활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1) 상에 수신된 방사 플럭스 Qrl는 에미터(148) (도 4)를 떠나 공기 및 석영 유리(149) (도 4)를 통과하는 방사 플럭스의 일부이다. 만약 F1-2가 에미터(148) (도 4) 및 석영 유리(149) (도 4)의 유한의 평행한 표면들 사이의 방사성 기하학적 계수이면, F2-3은 하부 및 상부 석영 유리(149) (도 4) 사이의 방사성 기하학적 계수이고, F3-4는 석영 유리(149) (도 4) 및 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)의 상부 표면 사이의 방사성 기하학적 계수이며, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1) 상의 방사 플럭스를 다음과 같이 쓸 수 있다:
Qrl = F1-2 * F2-3 * F3-4 * ((σ*ε*A*T4)/(1-fc)
여기서 σ는 스테판-볼츠만 계수 (Stephen-Boltzmann coefficient)이고, ε는 파장에 대한 에미터(148) (도 4)의 평균 방사율이다. A는 면적이고, 켈빈으로 T는 에미터 필라멘트 면적 및 온도이다. fc는 대류와 전도에 의한 램프 손실을 나타낸다. 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)은 이러한 에너지의 일부를 흡수하고 (여기서는 약 40% 내지 60%), 나머지는 반사한다. TAM 유닛(142) (도 4)에서, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)(도 1)은 음의 공기 압력에 의해 벨트 상에 유지되고, 따라서 상단 인클로저에 대한 대류에 의해 열이 손실된다. 또한, 저온의 상단 인클로저에 방사한다. 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)의 활성화를 위해 사용되는 에너지는 그렇다면:
Qact = Qrl - Qc - Qr
계산은 활성화 가능한 라이너리스 라벨 표면에서 (에미터의 전체 전력에 대해) 1200 Watts까지의 방사 플럭스를 얻을 수 있다는 것을 보여준다. 이전에 계산한 바와 같이 55% 흡수를 취하면 다음을 얻을 것이다:
Qeffective = 1200*0.55 = 660Watt 흡수된 전력
도 7b는 대략 5gsm (gram per square meter)의 배리어 및 25gsm의 접착제(120) (도 1)로 코팅된 라벨의 비열 (Cp)을 나타낸다. 예를 들면 주변 온도 Tamb 10℃의 차가운 시작으로부터 활성화 온도 Tact 100℃까지의 곡선 아래 면적의 적분값은 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1) 및 활성화되는 접착제(120) (도 1)를 가열하는데 필요한 그램당 에너지이다:
E1 = ∫Cp dT = 178 J/g. 기계가 가열됨에 따라 (그리고 따뜻한 주변 온도에 대하여), 낮은 에너지가 필요하며, 로직 소프트웨어는 동일한 활성화 온도를 유지하기 위하여 도 4g에 도시된 바와 같이 에미터(148) (도 4)에 대한 전력을 감소시킬 것이다. Q1은 결과적으로 특정 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)에 필요한 가장 높은 비열이다.
㎡당 약 30g의 재료 (접착제 및 배리어)이 있으며, 이는 6×4인치 라벨이 약 0.45g 코팅된 재료를 가지는 것을 나타낸다. 따라서, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1) 상의 접착제(120) (도 1)를 활성화하는데 필요한 에너지의 양은 E1*0.45 = 80Joules과 동일하거나 또는 더 크다.
가열해야 하는 또 다른 재료는 종이 및 방사 에너지의 중요한 흡수제 중 하나이다. 가로 6인치 세로 4인치 라벨의 중량은 약 0.9g이다.
Ep = 0.9*Cp종이*(Tact-Tamb)
본 예에서 Cp종이 약 1.3J/g.C에 대해 Ep=105 Joules을 얻게 될 것이다.
Et = Ep + E1
Et(본 예에서는 ~185J)는 그것의 접착제(120) (도 1)를 활성화하기 위해 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)에서 열로 변환될 필요가 있는 에너지의 양이다.
도 4h에 제시된 근적외 내지 중적외 방사선 흡수 결과로부터 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)에 의해 흡수된 에너지의 백분율의 근사값을 취한 다음, 각각의 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)을 활성화하는데 필요한 열의 양이 Joule로 계산될 수 있다. 사용 가능한 유효한 방사 전력 (Qeffective) 및 접착제를 활성화하는데 필요한 열의 양 (Qt)을 감안하여, 상기의 조건 하에서 이러한 기계를 사용하여 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)의 접착제를 활성화하는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)의 최소 노출 시간을 다음 식으로 계산할 수 있다:
texp = Et(J)/Qeffective(Watts)
texp = 185/660 = 0.28초
도 4j 및 4k는 얼마나 많은 열이 초당 8인치 및 초당 10인치로 IR 에미터(148) (도 4)로부터 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1) 상으로 발생하는지에 관하여, 높은 수준의 카본블랙이 TAM 유닛(142) (도 4) 활성화 출력에 대한 강한 효과를 가지는 것을 도시한다. 2개의 상이한 카본블랙 물질인 Lucronyl 및 Aurasperse 물질이 도시된다. 각각은 0.015% 카본블랙 충전으로 코팅되며, 현재 유럽에서 사용을 위해 Reach을 준수하는 Lucronyl 물질은 코팅이 Aurasperse 물질을 코팅한 것보다 훨씬 큰 활성화 효율을 나타냈다.
도 4l은 인쇄 리본의 인쇄된 잉크 상의 활성화 온도의 효과를 도시한다. 인쇄된 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)은 사용시 좋은 바코드 등의 판독을 보장하기 위해 고품질이어야 한다. TAM 유닛(142) (도 4) 또는 그것의 관련 스테이션 내에서의 열, 얼룩 및 다른 잠재적으로 손상시키는 사건으로 인해 인쇄에 대한 상당한 손상을 방지하는 것이 중요하다. 본 명세서에서 논의된 실리콘 벨트 및 터보 팬은 매우 우수한 라벨 배치의 유지성을 달성하고, 인쇄된 영역에서 충분히 낮은 온도를 유지함으로써, 규칙적인 열 전사 잉크 리본이 사용될 수 있고, 반면 동시에 방사 에너지는 필요한 활성화 온도까지 접착제(120) (도 1) 코팅된 면을 빠르게 가열한다. 도 4l은 인쇄된 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)의 활성화 및 적용 후 인쇄 품질 시험 결과를 제시한다.
도 5는 만약 TAM 유닛(142) (도 4) 내의 2.5초 이상보다 길지 않은 시간으로 완전히 가열된 에미터(148) (도 4)라면, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)이 버닝을 시작하지 않을 조건을 기초로 하는 안전성 개념을 도시한다. 기계 및 시스템의 제어 로직은 이러한 기간 내에서 라벨 유출 센서(123) 및 라벨 유입 센서(122) 중 하나에 변화가 없다면 에미터(148) (도 4)를 끌 것이다. 상기 거리 "L"은 이들 센서들 사이의 거리이다. 작동 조건 하에서 계속 안전하게 하기 위한 최대 라벨 길이에 대한 식은 다음과 같다.
Lmax = 2×L + V×(2.5초 - Tcut)
상기 식에서, L은 ㎜로 센서들 사이의 거리이고, V는 ㎜/초로 접착제(120) (도 1)의 활성화 속도이며, Lmax는 ㎜로 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 최대 길이이며, Tcut은 초로 절단 시간이다.
본 명세서에서 논의된 라이너리스 라미네이트 롤의 속성은 현재의 통상적 열 전사 롤 라벨과 비교하여 다음과 같은 특정한 특징을 제공할 수 있다는 점에서 독특한 이점을 제공한다. 이것은 현재의 통상적 시스템에서 사용되는 표준 감압 라벨 시스템에 비해, 동일한 크기의 롤에 대하여는 거의 60%보다 많은 재료 길이를 갖고, 롤당 60% 이상 더 계산된 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)을 갖는다. 동일한 수의 롤에 대해 상응하는 중량 감소가 있으며; 따라서 현재의 통상적 시스템과 비교하였을 때 롤당 인쇄 및 적용된 60% 이상 더 많은 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)이 있다. 현재의 통상적 감압 롤은 미리 결정된 크기로 다이 컷 (die-cut)되기 때문에, 라이너리스 라미네이트 롤이 크기대로 절단된다는 점을 고려한 "손질(trim)" 손실에 있어서 5.8%의 종이 낭비가 절감되는 것으로 추정된다. 또한, 동일한 것이 크기대로 절단되기 때문에, 본 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도1)은 기계 상에서 롤 교체의 필요없이 가변 길이로 할 수 있다. 또 다른 이점은 라이너가 없기 때문에 전체적인 교체 시간이 감소되는 것이며: 라이너리스 라미네이트 롤은 60%보다 많이 지속되고, 프린터로부터 제거되는 폐기 라이너 롤이 없다.
이제 인쇄 공정으로 보다 상세히 돌아가면, 한 실시형태에서, 열 전사 인쇄에 의해 이미지가 만들어진다. 열 전사 프린터(250)는 도 25에 도시된 바와 같이 백업 롤러(251) 및 열 인쇄 헤드(252)를 포함한다. 백업 롤러(251) 및 열 인쇄 헤드(252)는 라벨 운반 경로의 맞은편 상에서 서로 마주본다. 열 전사 리본(253)은 라벨 운반 경로와 열 인쇄 헤드의 사이에서 움직인다. 인쇄 공정 동안에, 상기 열 전사 리본은 백업 롤러에 의해 라벨 페이스스톡(254)과 가깝게 접촉하게 된다. 인쇄는 인쇄 헤드로부터의 정밀하게 제어된 가열 요소(255)를 통해 열 전사 리본으로부터의 착삭제를 픽셀 방식으로 페이스스톡 상으로 전사함으로써 수행된다. 각각의 리본은 하나의 특정한 색 또는 다수의 색을 가질 수 있다. 다수 색의 인쇄를 달성하기 위해, 다수의 인쇄 스테이션이 라벨 운반 경로를 따라 차례로 설치될 수 있고, 각각은 특정한 색을 가지며; 그렇지 않으면 다수 색의 인쇄 리본이 사용되는 경우 라벨 페이스스톡은 하나의 인쇄 스테이션을 여러번 통과할 수 있다. 미국 로드 아일랜드주의 웨스트 워릭에 있는 Astro-Med, Inc에 의한 빠른 라벨 시스템 (Quick Label Systems, QLS) -4001은 상업적으로 입수 가능한, 상이한 색의 4개의 인쇄 헤드를 갖는 예시적인 다수 색의 열 프린터이다.
열 전사 리본은 일반적으로 열 전사 잉크로 코팅된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 필름으로 이루어진다. 이들 열 전사 잉크는 실온에서 고체상이며, 열 및 압력 하에서 수신층으로 이동한다. 상기 열 전사 리본에 사용되는 착색제는 염료 또는 안료계일 수 있다. 이들 착색제는 열 용매 (실온에서 고체이지만 고온에서는 용융하고, 염료에 대한 우수한 용매이며, 예로는 고분자 왁스)에서 현탁될 수 있거나, 또는 열가소성 폴리머 매트릭스 (폴리머 매트릭스의 예는 아크릴 매트릭스, 비닐 매트릭스 등)에 있을 수 있다. 상기 열 전사 리본은 라벨의 페이스스톡과 직접 접촉하며, 열 전사 리본과 라벨 페이스스톡 사이의 친밀한 접촉을 얻기 위해 열 전사 리본이 매우 매끄럽고 압축성일 것이 요구된다.
상기 열 전사 리본은 도 6에 도시된 바와 같이 추가의 기능적 층들을 포함할 수 있다. 백 코팅(211)은 인쇄 헤드에 매끄럽고 비연마 특성의 표면을 제공하고, 폴리에스테르계 필름 캐리어(212)가 딱딱한 열 인쇄 헤드에 접착되는 것을 방지하며, 정전기 축적을 감소시킨다. 폴리에스테르계 필름 캐리어(212)는 캐리어에 대한 열의 손실을 최소화시키기 위해 일반적으로 3 내지 8㎛ 얇기이다. 프라이머층(213)은 저온에서 PET에 열 전사 잉크층(215)을 부착하고, 고온에서 열 전사 잉크층(215)이 PET로부터 박리되도록 하는 박리층이다. 열 전사 오버코트(216)는 열 전사 이미지를 보호하기 위해 사용된다. 이것은 픽셀 방식으로 전사되거나, 또는 제 2 전사 헤드를 이용하거나 또는 동일한 열 전사 헤드를 이용하여 그 전체가 전사될 수 있는 고체 폴리머성 필름이다. 열 전사 오버코트(216)는 기본적으로 열가소성 폴리머, 아크릴 폴리머, 열가소성 폴리우레탄 (TPU) 등으로 제조되고, 이미지에 대한 내얼룩성 및 내스크래치성을 제공한다.
상기 라벨의 페이스스톡은 다층 구조 또한 가질 수 있다. 이러한 하나의 구조의 예는 그 아래가 대전방지층의 백 코팅(211) (도 6)을 갖는 절연층인 착색제 수신층이다. 상기 라벨 페이스스톡의 열 전도성은 열이 그것의 탑층에 국한되어 있는 것이어야 한다. 이러한 다층 구조의 많은 변형이 가능하며, 절연층은 불투명을 위해 TiO2를 갖는 Yupo/Kimdura와 같은 틈이 있는 폴리프로필렌으로 제조된다. 상기 틈이 있는 폴리프로필렌은 절연 거동 뿐만 아니라, 견고한 열 인쇄 헤드와 백업 롤러 사이에 쿠션을 제공한다. 한 실시형태에서, 잉크 수용층은 폴리머 매트릭스에서 공기 충전된 유리 비즈로 형성되지만, 이것 아래는 견고한 열 인쇄 헤드와 백업 롤러 (Fuji film) 사이에 쿠션을 제공하는데 필요한 탄성층이다. 종종 캘린더링된 종이가 페이스스톡으로서 사용되며, 잉크 수신층으로 코팅되거나 또는 코팅되지 않을 수 있다. 상기 캘린더링된 종이의 다공성은 절연층으로서의 역할을 한다. 종이 페이스스톡에서 종이 한쪽 면 상에 에멀젼 또는 수성 포뮬레이션의 코팅에 의해 야기되는 불균일한 수분 레벨은 용지가 컬링되는 것을 유발시킬 수 있다. 이 문제는 스티밍 또는 당업자에게 알려진 임의의 다른 수단을 통해 종이의 다른 쪽에 선택적으로 수분을 제공함으로써 해결될 수 있다.
착색제 수신층은 열 전사 잉크에 양호한 접착성을 제공할 뿐만 아니라, 가장자리(220) (도 1)의 단부에 양호하고 깨끗한 균열을 제공하도록 포뮬레이션된다. 이것에 사용되는 몇 가지 화학 물질은 비닐 클로라이드, 폴리비닐 부티랄, 아크릴 물질 및 폴리에스테르 물질이다. 착색제 수신층은 또한 이형 특성을 가져야 하며, 그 결과 전사 테이프로부터 용이하게 박리될 수 있다. 이것에 사용될 수 있는 몇 가지 재료는 왁스 또는 불소계 박리제이다. 착색제 수신층은 또한 가끔은 염료 또는 안료가 흡수되거나 매염되는 미세 다공성 코팅 또는 클레이 코팅일 수 있다.
다층 페이스스톡은 다층 코팅 공정에 의하거나, 또는 절연층 상으로 착색제 수신층을 전사 코팅하고 상기 착색제 수신층을 접착제(120) (도 1)를 사용하여 절연층에 결합시킴으로써 생성시킬 수 있으며, 또한 고무층으로 두배로 한다. 상기는 실제로 사용되는 실시형태 중 일부를 열거하며, 사용되는 몇 가지 다른 실시형태가 있다. 매체 제조업체 중 일부는 Yupo, Kimberly Clark, RICOH, IIMAX (3M), Polaroid 및 Appleton이다. 열 전사 잉크에 대한 요구 조건은 높은 응집 강도 (잉크 분열 방지를 위함), 착색제 수신층에 대한 우수한 접착 및 열 전사 리본으로부터의 우수한 박리를 포함한다. 상기 열 전사 잉크는 깨끗한 전사를 얻기 위해 날카로운 용융 흐름 거동을 보일 필요가 있다.
또 다른 실시형태에서, 이미지는 직접 열 종이 상에 직접 열 인쇄하여 만들어진다. 일반적으로 직접 열 종이는 종이 또는 필름으로 만들어진 한 장의 베이스 캐리어, 프라이머 코팅, 감열 코팅 및 탑 코팅을 가진다. 이상적인 베이스 캐리어는 높은 강도와 치수 안정성, 우수한 다공성 및 적은 수분 흡수성을 갖는 부드러운 것이다. 상기 프라이머 코팅은 베이스 캐리어와 감열 코팅의 사이에 있으며, 직접 열 코팅을 위한 매끄럽고 폐쇄된 균일한 표면을 제공한다. 상기 프라이머 코팅은 절연층으로서의 역할도 할 수 있어, 열 인쇄 동안에 열 인쇄 헤드로부터의 열을 "비축"하는데 도움을 준다. 상기 직접 열 코팅은 일반적으로 류코 염료, 색 현상제, 증감제, 안정제, 안료, 바인더 및 왁스 등의 구성 요소를 가진다. 상기 탑 코팅은 환경적, 화학적 및 기계적 요인의 효과로부터 직접 열 코팅층을 보호한다. 이 층은 또한 열 인쇄 헤드 (TPH)의 마모를 방지하기 위해 중요한 보호 기능을 제공한다. 또한, 직접 열 종이의 잉크 인쇄 성능을 결정할 수 있다. 상기 배리어 코팅은 종종 베이스 종이의 다른 쪽에서 베이스 캐리어와 활성화 가능한 접착제층 사이에서 사용됨으로써, 접착제 성분이 종이로 이동하는 것을 방지한다.
직접 열 인쇄 동안에 열 프린터의 열 인쇄 헤드는 직접 열 종이의 표면 상으로 열 에너지를 생성시켜 전달한다. 상기 에너지는 색 현상 반응이 일어날 수 있도록 충분히 높다. 이러한 방식으로, 바코드, 그래프, 문자 또는 다른 패턴이 직접 열 종이 상에서 열적으로 생성될 수 있다. 상기 열 인쇄 동안 종이 표면이 도달할 수 있는 온도는 80-100℃이다. 이러한 온도 하에서 시간은 매우 짧으며, 예를 들어 단지 0.5밀리초이다. 이러한 짧은 시간은 열이 퍼져 나가는 것을 방지하여 직접 열 종이의 가까운 색을 바꾸지 않을 것이다. 또한, 이것은 종이 두께를 통해 관통하는 열을 방지하고, 직접 열 종이의 뒤쪽에 코팅된 접착제에 영향을 줄 것이다. 상기 직접 열 인쇄를 위한 열 활성화 가능한 접착제는 직접 열 종이의 색 현상 온도보다 더 낮은 활성화 온도를 가져야 한다.
TAM 유닛(142) (도 4)에서, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)은 열 전사 잉크가 여전히 젖어 있는 동안 즉시 100℃를 초과하는 높은 활성화 온도로 된다. 따라서, 사용된 왁스 또는 수지가 흐르지 않도록 하고, TAM 컨베이어(101a)는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)을 여전히 TAM 컨베이어(101a) 상에 유지시키고, 최적의 공기 흐름 관리에 의해 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)의 인쇄 측을 냉각함으로써 얼룩을 허용하지 않는 것이 중요하다. TAM 컨베이어(101a) 상에 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)을 유지하기 위해, 인쇄된 측을 냉각하는 공기 흐름은 에미터 방사선에 의한 접착제의 활성화를 위한 히트 싱크를 유발시켜서는 안 된다.
이제 기계 및 시스템의 작동 로직으로 돌아가면, 라이너리스 라미네이트 롤 상의 바코드 판독은 시스템에 일정 수의 정보 조각, 예를 들어 제조업체, 재료, 위치, 배치 (batch), 활성화 온도, 특정 페이스스톡 재료에 필요한 잉크의 최소 밀도, % RH, 온도와 같은 추천되는 최종 사용자 환경 조건과 같은 매체 식별을 제공할 것이다. 그것은 또한 어떤 마스터 롤이 이렇게 오는 롤인지, 마스터 롤의 어떤 부분으로부터 이러한 롤이 슬릿되는지 등으로부터 접착제(120) (도 1)가 언제 그리고 어디서 코팅되는지에 대한 일반적인 정보를 제공한다. 상기 라이너리스 라미네이트 롤은 그 위에 형성되는 독특한 패턴 또는 특징을 갖는 코어 주변을 구를 수 있어, 그 결과 라이너리스 기계 상에 대응하는 특징을 갖는 잠금 키 메커니즘 (locking key mechanism)을 형성하여 장비와 재료의 최적의 매칭을 보장할 수 있다. 상기 시스템은 적절한 매체 식별, 정보 또는 적절한 구성을 함유하지 않는 롤은 거부할 수 있다.
속도 증가에 대한 작동 로직에 관하여, 판지는 활성화된 접착제에 대해 단단한 기재이며, 예는 상자 적용 분야에 대하여 제공된다. 라벨이 기계를 통해 이동하는 동안 인쇄, 절단, 활성화 및 적용 단계의 최적의 순서가 사용됨으로써, 필요할 때 상자 라벨링 속도를 높은 숫자 (도 7에 나타냄), 즉 좀더 높은 속도로 증가시킨다. 예를 들어, 다음 라벨의 인쇄를 시작하기 전에 판지에 적용되는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)을 기다리는 대신에, 이 실시형태에서 다음 라벨의 인쇄는, TAM 유닛 출력 센서(165) (도 4)가 TAM 유닛(142) (도 4)에 남아 있는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)의 끝을 감지하자마자 시작된다. 더 선호하는 빠른 순서로, 다음의 라벨은 활성화된 라이너리스 라벨(100) (도 1)의 앞 가장자리가 TAM 출력 센서(165) (도 4)에 의해 감지되자마자 인쇄되기 시작한다. 바람직한 경우에 있어서, 이전 라벨이 아직 TAM 유닛(142) (도 4)에 남아있지 않는 반면, 다음의 라벨은 들어가서 활성화되기 시작한다. 입력 센서(166) (도 4)는 상기를 용이하도록 하기 위해 제공될 수 있다. 이러한 접근법으로, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)은 인쇄됨에 따라, TAM 유닛(142) (도 4) 쪽으로 향한다. 커터(252) (도 4)는 인쇄 단계의 끝에서 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)의 사용자 정의된 길이에 따라서 라벨(151) (도 4)의 연속 롤로부터 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)을 절단한다.
다음의 비정상적 상황은 판지 상자를 라벨링하는 동안 일어날 수 있다. 상기 기계 및 시스템은 제어 로직의 작동에 의해 지시되는 대로 반응할 것이다. 하나의 상황에서, 상자 컨베이어는 정지되거나, 또는 상자 컨베이어 상에서 감지되는 상자가 없다. 주의해야 할 적어도 두 가지의 경우가 있다:
1. 기계는 이러한 상황이 발생하였을 때, 다음의 오는 상자를 기다리고 있었다. 시스템은 계속하여 다음의 오는 상자를 기다릴 것이며, 적용 센서가 다음의 상자를 기다리는 동안 그것의 유휴 모드 (idle mode)로 간다.
2. 기계는 이러한 상황이 발생하였을 때, 다음 상자를 감지했고, 그 상자에 대해 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)을 인쇄 및 활성화하기 시작했다. 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)은 인쇄되고, 활성화되며, 어플리케이터 유닛(143) (도 4)으로 보내지지만, 상기 적용 센서가 어플리케이터 유닛(143) (도 4) 아래의 다음 상자를 감지하지 않았기 때문에 적용되지 않는다. 인쇄된 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)은 대부분의 경우에 음의 압력 또는 진공에 의해 어플리케이터 유닛(143) (도 4)에 머문다. 상자 컨베이어가 다시 작동하기 시작한 후에, 상자 컨베이어는 어플리케이터 센서에 의해 감지되고, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)은 상자에 적용된다. 이것은 활성화 후 몇 시간 동안 접착제 성능을 유지하기 위해 활성화된 접착제(120) (도 1)에 대한 필요성을 갖는 경우이다.
전기 전력 손실의 경우에, 시스템이 무엇을 하였는지에 따라서 몇 가지 상이한 반응이 가능하다:
1. 기계는 다음 상자를 기다리며 유휴 모드에 있었다. 전력이 설정된 후에 다시 시작할 것이다. 기계는 TAM 유닛(142) (도 4) 및 프린터(251) (도 4)가 부팅되고 센서가 다음 상자를 감지할 준비를 한 후에 작동할 준비를 할 것이다.
2. 전력이 나가면 기계는 다음 상자를 감지했고, 인쇄 및 활성화하기 시작했다. 만약 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)이 아직 절단되지 않았다면, TAM 유닛(142) (도 4)의 입구에 매달릴 것이다. 전력이 돌아온 후에, 사용자는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)을 절단하여 수동으로 꺼내기 위해 프린터 인터페이스를 사용해야 한다. 전력이 돌아온 후에, 사용자는 시작 센서에 의해 감지되는 상자를 시뮬레이션 해야 한다. 제어 로직은 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)이 적용될 때까지 메모리에 보유된 이전 인쇄 작업을 다운로드 하기 위해 기계를 향할 것이다. 중지된 작업을 다시 시작한 후, 어플리케이터 유닛(143) (도 4) 아래에서 새로운 라벨이 감지되었을 때, 새로운 라벨이 인쇄되고, 활성화되며, 상자에 적용된다.
3. 기계는 다음 상자를 감지했고, 전력이 나갔을 때 인쇄 및 활성화하기 시작했다. 만약 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)이 이미 TAM 유닛(142) (도 4)에 있다면; 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)은 전체적으로 또는 부분적으로 활성화된다. TAM 컨베이어(101a) (도 4) 상에서 라벨을 유지시키는 음의 압력이 나갔을 때, 라벨은 석영 유리(149) (도 4)상에 떨어져서 붙을 것이다. 이 경우에는 제어 로직에 대한 반응으로 에미터(148) (도 4)가 즉시 정지하는 것이 중요하며, 긴 파장 IR 에미터(148) (도 4)가 사용되었다면 더 오래 걸릴 것이다. 석영 유리(149) (도 4)는 그 위에 있는 라벨이 버닝하지 않도록 충분히 시원한 것 또한 중요하며, 본 명세서에서 논의된 바와 같이 예컨대 에미터 인클로저(147) (도 4)를 냉각시키는데 사용된 팬(146) (도 4)을 사용한다. 전력이 돌아온 후, 사용자는 어플리케이터 센서에 의해 감지된 다음 상자를 시뮬레이션 해야 한다. 제어 로직은 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)이 적용될 때까지 메모리에 보유된 이전 인쇄 작업을 다운로드 하기 위해 기계를 향한다. 중지된 작업을 다시 시작한 후, 어플리케이터 유닛(143) (도 4) 아래에서 새로운 라벨이 감지되었을 때, 새로운 라벨이 인쇄되고, 활성화되며, 상자에 적용된다.
4. 또 다른 경우는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)이 어플리케이터 유닛(143) (도 4)을 향해 TAM 유닛(142) (도 4)을 통과할 때 또는 전력이 나갔을 때 적용되는 위치에 있는 것이며, 어플리케이터 유닛(143) (도 4)에서 음의 압력을 만들어 내는 팬(146) (도 4)을 정지시켜 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)이 움직이도록 하거나 또는 적용되도록 준비시킨다. 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)은 상자의 위치에 따라서 TAM 컨베이어(101a) 위 또는 상자 위에 떨어진다. 전력이 돌아온 후, 사용자는 어플리케이터 센서에 의해 감지된 상자를 시뮬레이션 해야 한다. 기계의 제어 로직은 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)이 적용될 때까지 메모리에 보유된 이전 인쇄 작업을 다운로드할 것이다. 중지된 작업을 다시 시작한 후, 어플리케이터 유닛(143) (도 4) 아래에서 새로운 라벨이 감지되었을 때, 새로운 라벨이 인쇄되고, 활성화되며, 상자에 적용된다.
고장난 에미터 다음의 시스템을 관리하는데 사용되는 제어 로직과 관련하여, 기계는 고장난 에미터가 고장났는지를 감지하고, 일반적인 경고 또는 TAM 유닛 패널 상의 경보로 사용자에게 경고한다. 만약 시스템이 유휴 모드에 있으면, 고장난 에미터 또는 에미터들이 교체되고 경보가 해제될 때까지 작동시키지 않을 것이다.
만약 기계가 실행하고 하나의 에미터(148) (도 4)가 고장나면, 시스템은 사용자에게 경보를 보내고, 반응하여서 남아 있는 에미터(148) (도 4)에 대해 전력을 증가시킴으로써 전에 사용된 바와 같은 최적의 온도를 유지한다. 만약 여전히 활성화 온도에 도달할 수 없으면 (예컨대, 차가운 온도의 사이트, 또는 높은 속도의 라벨링 하의 경우일 수 있는), 기계는 사용자가 속도를 낮추거나 에미터(148) (도 4)를 교체하도록 경고한다. 사용자는 다음 단계에서 결정할 것이다. 낮은 속도로 계속하기로 결정하는 경우, 사용자는 필요한 모든 TAM 컨베이어 조정을 해야만 할 것이다. 에미터(148) (도 4)는 가장 빠른 기회에 교체되어야 한다.
다수의 적용 시스템은 도 8의 롤온형 어플리케이터(143)로 도시된 바와 같이 이용될 수 있다. 회전점 (swiveling point)(171)은 전송 벨트(172)가 공기 실린더(173)로부터의 공기 흐름에 대한 응답으로 회전점(171)을 따라 위 아래로 회전하도록 하여 어플리케이터를 위 아래로 회전시킨다. 팬(174)은 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)이 전송 벨트(172) 상에 있는 동안 지지하기 위한 공기 흐름을 제공하고, 탄성 롤러(175)는 상자(176)와 같은 제품(176) 상으로 각각의 라벨을 누른다. 탄성 롤러(175)는 다공성이 될 수 있으며, 폼 (foam) 롤러가 될 수 있다. 어플리케이터 유닛(143)은 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)을 TAM 유닛(142) (도 4)으로부터 적용 위치까지 운반하기 위한 것이며, 적용 위치는 폼 롤러(175) 아래의 라벨 가장자리이다. 상기 적용 위치에서, 롤온형의 어플리케이터(143)는 제품(176) 아래로 회전하여 활성화된 라이너리스 라벨(100) (도 1)을 제품(176) 상으로 굴린다. 정확히 동일한 높이를 갖는 제품(176)에 대하여 또는 측면 라벨링 적용에 대하여, 롤온형 어플리케이터(143)는 공기 실린더(173) 없이 작동할 수 있다.
또 다른 적용 시스템이 도 9에 도시되어 있다. 그것은 공기 흐름을 위한 구멍을 갖는 연질의 벨트 또는 컨베이어(181), 운반 롤러(182) 및 일정한 압력 적용을 위한 지지 롤러(183)를 갖는 연질의 벨트 운반 시스템을 갖는 간접적인 삽입형 유형의 것이다. 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)은 연질의 컨베이어 벨트(181)에 의해 운반되기 전에, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)은 TAM 유닛(142)에 의해 활성화된다. 운반 롤러(182) 및 따라서 연질의 벨트(181)는 이렇게 도시된 실시형태에서 고정 장착되고 기어 연결된 스테퍼 모터(184)에 의한 것과 같이 구동된다. 공기 실린더(185)는 공급 헤드 메커니즘(187)에 대해 주어진 스트로크 길이를 갖는 선형의 가이딩 및 빠른 중지와 높은 정확도로 라벨의 위치 결정을 위한 공기 결과 제어 (air outcome control)를 갖는다. 터치다운 센서(186)는 높은 먼지 보호를 위한 산업용의 유도형 근접 스위치 센서와 같이 보호 감지를 위해 제공될 수 있다. 공급 헤드 메커니즘(187)은 스프링이 들어갈 수 있으며, 제품의 각도 보정, 예컨대 ±10도를 허용한다. 팬(188) 또한 제공된다.
진공판은 삽입형 어플리케이터 시스템에 대하여 연질의 벨트(181) 대신에 제공될 수 있다. 도 10은 어플리케이터 패드(193)를 통한 단면이다. 전송 벨트(191)는 패드(193) 및 어플리케이터판을 따라 안내되는 도시된 바와 같은 특별한 단면 또는 프로파일을 가진다. 진공 통로 또는 구멍(192)은 진공 또는 인젝터 (미도시)에 의해 제공되는 낮은 압력을 통해 라벨(178)을 지지하는 것을 돕는다. 이러한 유형의 진공판은 어플리케이터 유닛(143) (도 8)을 통해 지속적으로 더러운 공기를 순환시키는 팬이 없기 때문에 먼지가 많은 환경에서 덜 중요하다. 바람직하게는 패드(193)는 마찰을 감소시키기 위해 POM 등 좋은 글라이딩 플라스틱 (gliding plastic)으로 만들어진다. 전송 벨트(191)의 반경은 연질의 벨트(181) (도 9)에 비해 작을 수 있으며, TAM 유닛(142) (도 4)으로부터의 보다 작은 라벨 포맷에 유용할 수 있다.
또 다른 유형의 어플리케이터는 도 11에 보여진 바와 같은 블로우온형의 다양한 것일 수 있다. 보다 전통적인 블로우온형의 어플리케이터와 비교된 주요한 차이점은 전송 벨트(195)에 중심을 두며, 활성화 및 절단된 라벨(194)을 TAM 유닛(142)으로부터 적용 위치로 보낸다. 폼 롤러(196)는 라벨링되는 제품(197)에 따라서 활성화된 라이너리스 라벨(100) (도 1)을 제품(197) 상으로 누른다. 공기 노즐(198)은 팬(199)과 협력하여 적용을 위해 라벨(194)을 벨트(195) 상으로 유지시킨다.
시험 결과는 NIR 및 MWIR 방사선 모두로부터의 IR의 스펙트럼이 디사이클로헥실 프탈레이트계 접착제(120) (도 1)와 커플링에 매우 효과적인 것을 보여주고; 마이크로파, 레이저, 유도 가열, 강제 공기, IR, 가시광 에너지, 방사 열 에너지 및 UV와 같은 다른 형태의 가열 또한 적절한 주파수 범위에서 흡수하는 적절히 매치된 첨가제와 조합하여 사용될 때 유용하다. 예시적 실시형태에서, 접착제(120) (도 1)를 활성화하는데 사용되는 에너지는 대략 0.8㎛ 내지 대략 3.0㎛의 피크 파장을 가진다. 또 다른 예시적 실시형태에서, 상기 에너지는 대략 1.25㎛ 내지 대략 2.5㎛의 피크 파장을 가진다. 접착제(120) (도 1)를 활성화하는데 사용되는 에너지는 에미터(148) (도 4)로부터 출력될 수 있다. 하나의 예시적 실시형태에서, 에미터(148) (도 4)는 대략 0.8㎛에 피크 파장을 가지며 대략 0.8㎛ 내지 대략 5㎛의 에너지 파장을 출력한다. 또 다른 실시형태에서, 에미터(148) (도 4)는 대략 2.0㎛에서 피크 파장을 가지며 대략 0.8㎛ 내지 대략 5㎛의 파장을 갖는 활성화 에너지를 출력하는데 사용된다. 또 다른 실시형태에서, 에미터(148) (도 4)는 약 1.5-1.6㎛에서 피크 파장을 가지며 대략 0.8㎛ 내지 대략 5㎛의 파장을 갖는 활성화 에너지를 출력하는데 사용된다.
활성화 가능한 접착제(120) (도 1)를 갖는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)을 물품(160) (도 2)에 적용하기 위한 시스템은 일반적으로 프린터 유닛(250) (도 3), 열 활성화 유닛(200) (도 3) 및 어플리케이터 유닛(143) (도 4)을 포함한다. 상기 시스템은 또한 바람직하게는 본 명세서에 보다 상세히 설명된 제어 시스템 (미도시)을 포함한다. 프린터 유닛(250) (도 3)은 하나 이상의 라벨 또는 라벨 어셈블리 상으로 인쇄된 텍스트, 표시(130) (도 1) 또는 다른 마킹을 적용한다. 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1) 또는 라벨 어셈블리는 활성화 가능한 접착제(120) (도 1)의 층을 가지고 있다. 프린터 유닛(250) (도 3)은 도면에 개략적으로 묘사된 바와 같이 라벨 롤, 인쇄 롤러 및 인쇄 헤드를 포함한다. 프린터 유닛(250) (도 3)은 또한 인쇄 리본의 움직임, 위치 및/또는 특징을 감지하기 위한 하나 이상의 리본 센서를 포함할 수 있다. 상기 리본 센서는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)을 갖는 열 활성화 유닛(200) (도 3)으로 운반되는 리본이 없도록 한다.
바람직한 시스템은 또한 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1) 또는 라벨 어셈블리를 원하는 크기 및/또는 모양으로 절단하거나 또는 그렇지 않으면 형성하는 커터(252) (도 4)를 포함한다. 다음, 절단 또는 크기가 부여된 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)은 운반 체인, 컨베이어 또는 다른 적합한 운반 수단을 가지는 운반 유닛에 의해 열 활성화 유닛(200) (도 3)을 통해 운반된다. 상기 운반 유닛은 코팅되거나, 또는 그렇지 않으면 하나 이상의 보호 코팅을 수신할 수 있다. 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)이 열 활성화 유닛(200) (도 3)을 통해 바람직한 배열로 운반됨에 따라, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)은 하나 이상의 IR 에미터(148) (도 4)에 의해 방출되는 것과 같이 단파 IR 방사선에 노출된다. 열 활성화 유닛(200) (도 3)을 빠져 나가는 가열된 공기의 근접한 출구가 제공되면, 하나 이상의 램프 온도 센서 유닛이 제공될 수 있다. 하나 이상의 온도 센서는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)이 활성화되는 영역 및 그 주위에 제공될 수 있다. 예를 들면, 제 1 라벨 센서가 활성화 영역으로 들어오는 근접한 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)에 위치할 수 있다. 제 2 라벨 센서가 활성화 영역을 나가는 근접한 라벨에 위치할 수 있다. 이들 센서는 들어오고 나가는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)의 재료, 특히 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)의 가장자리(220) (도 1)를 분석함으로써 재료 위치 및 완성도를 검토한다. 인식된 중요한 차이점을 감지하면, 제어 시스템은 비상 정지를 시작할 것이다. 상기 온도 센서는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)의 온도 또는 그 층들을 분석하는데 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 온도 센서는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)의 활성화 온도를 조절하는데 사용된다. 운반 유닛은 일반적으로 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1) 및 운반 유닛으로부터 떨어져 있는 비교적 뜨거운 공기를 소비하는 역할을 하는 팬에 의해 적외 방사선에 대한 손상 또는 노출을 방지하기 위해 적외 방사선 차폐물을 포함할 수 있다.
열 활성화 유닛(200) (도 3)은 또한 바람직하게는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)과 에미터(148) (도 4)의 사이에 위치하는 하나 이상의 석영 유리(149) (도 4)를 포함한다. 석영 유리(149) (도 4)는 에미터(148) (도 4)와 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)의 사이에서 접촉이 발생하는 것을 방지한다. 한 실시형태에서, 석영 유리(149) (도 4)의 영역 또는 구역은 밀폐되며, 상기 밀폐된 영역으로부터 비교적 뜨거운 공기를 빼내기 위해 하나 이상의 큰 변위 또는 높은 속도의 팬이 사용된다. 그렇게 함으로써, 에미터(148) (도 4)를 둘러싸는 뜨거운 공기는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)에 도달하거나 접촉하는 것이 방지된다. 하나 이상의 석영 유리(149) (도 4)의 사용은 안전을 현저하게 증가시키며, 라벨의 발화 또는 연소로부터 발생하는 화재 위험의 가능성을 급격히 감소시킨다. 석영 유리(149) (도 4)의 사용은 또한 특정 파장만이 플레이트를 통해 통과함으로써, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)에 도달하게 하는 역할을 한다. 따라서, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)은 에미터(148) (도 4)로부터의 방사선의 일부 스펙트럼에 의해 단지 가열된다.
상기 시스템은 추가 센서 및 제어 조항 (control provision)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 시스템은 프린터 유닛(250) (도 3), TAM 유닛(142) (도 4) 또는 어플리케이터 유닛 중 어떤 것들의 사이에 하나 이상의 신호 인터페이스 (신호 인터페이스)를 포함할 수 있다. 보편적인 신호 인터페이스가 그렇게 위치할 수 있다. 시작 센서 또는 풋 스위치 (foot switch)가 구성 성분 중 어떤 것과 함께 사용될 수 있다. 상기 시스템은 기술 분야에서 알려진 프로그램 가능한 로직 제어기 (programmable logic controller, PLC) 또는 다른 제어 시스템을 포함할 수 있다.
도 12는 활성화 가능한 접착제(120) (도 1)를 갖는 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)을 물품(160) (도 2)에 적용하는 예시적인 방법을 보여준다. 상기 방법은 단계 380에서 시작한 다음, 단계 390에서 활성화 가능한 접착제(120) (도 1)를 갖는 복수의 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)이 제공된다. 단계 400에서, 제 2 표면을 갖는 복수의 물품(160) (도 2)이 제공되고, 단계 410에서 프린터(250) (도 3)가 제공된다. 단계 420에서, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)의 페이스스톡(110) (도 1)이 인쇄된다. 단계 430에서, 방사선 공급원(200) (도 2-3)이 제공된다. 단계 440에서, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1) 상의 접착제(120) (도 1)는 방사선에 노출되어 접착제(120) (도 1) 상에 점착성의 표면이 되도록 한다. 단계 450에서, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)은 선택된 속도로 물품(160) (도 2)에 적용된다. 상기 방법은 단계 460에서 종료된다.
도 13은 활성화 가능한 접착제(120) (도 1)로 묘사된 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)을 물품(160) (도 2)에 적용하는 예시적인 방법을 보여준다. 상기 방법은 단계 381에서 시작한 다음, 단계 391에서 활성화 가능한 접착제(120) (도 1)의 층을 갖는 라벨(151) (도 4)이 제공된다. 단계 401에서, 제 2 표면을 갖는 복수의 물품(160) (도 2)이 제공되고, 단계 411에서, 프린터(250) (도 3)가 제공된다. 프린터(250) (도 3)는 디지털 프린터일 수 있다. 단계 421에서, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)의 페이스스톡(110) (도 1)이 인쇄된다. 단계 431에서, 커터(252) (도 4)가 제공된다. 바람직하게는 커터(252) (도 4)는 레이저 절단 시스템이다. 염료 및 금속 입자와 같은 첨가제가 접착제 포뮬레이션, 활성화 가능한 라이너리스 라벨 라미네이트의 다른 층들 또는 페이스스톡에 포함되어 절단 정밀도 또는 에너지 소비를 개선할 수 있다. 단계 441에서, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100)은 적용된 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)로 변형되지 않는 웹 재료의 낭비를 최소화하는 라벨 크기에 따라 결정되는 소정의 길이로 절단된다. 단계 451에서, 방사선 공급원(200)이 제공된다. 단계 461에서, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1) 상의 접착제(120) (도 1)가 방사선에 노출되어 접착제(120) (도 1) 상에 점착성 표면이 되도록 한다. 단계 462에서, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)은 선택된 속도로 물품(160) (도 2)에 적용된다. 상기 방법은 단계 463에서 종료된다.
상기의 시스템, 기계 및 방법은 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)을 물품(160) (도 2)에 적합한 수준으로 적용시키기 위한 속도를 달성한다. 다른 유형의 시스템의 용도에서, 예를 들면 라벨링 병 등에 관하여, TAM 유닛(142) (도 4)은 훨씬 큰 선형 라벨의 속도로 동일한 최소한의 노출 시간을 유지하기 위해 더 길거나 또는 훨씬 길 수 있다. 예로는 인쇄 및 적용 기계에 대하여 분당 60 라벨, 그리고 대략 분당 500 라벨 내지 대략 분당 1000 라벨 이상을 포함한다. 본 발명의 방법에 따라 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)을 물품(160) (도 3)에 적용하기 위한 속도의 예는 분당 대략 120 라벨, 분당 대략 250 라벨 및 분당 대략 500 라벨을 포함한다.
NIR 에너지는 급속한 방식으로 접착제(120) (도 1)를 활성화하기 위한 효과적인 도구이지만, 활성화 가능한 라이너리스 라벨(100) (도 1)의 페이스스톡(110) (도 1) 상에 인쇄되는 표시(130) (도 1)의 안료에 의한 에너지 흡수로 인해 일부 라벨 기재 상에서 인쇄된 영역에 손상을 유발시킬 수 있다. 도 14를 추가로 참조하면, 이러한 문제점을 극복하기 위하여 라벨(480)의 또 다른 실시형태의 구성에 반사층(470)이 도입된다. 반사층(470)은 페이스스톡(110)과 접착제(120)의 사이에 배치된다. 접착제(120)는 NIR 에너지에 직접 노출되면, 에너지의 일부는 방사선이 접착제(120)를 통과함에 따라 흡수된다. 남아 있는 흡수되지 않은 에너지는 반사층(470)에 의해 반사되고, 접착제(120)에 의해 흡착되는 추가의 NIR 에너지를 유발시키는 접착제(120)를 통해 다시 거꾸로 다시 보낸다. 그러므로, 페이스스톡층(110) 상의 표시(130)는 과열에 의해 보호될 뿐만 아니라, 반사층에 의한 방사선의 다시 보내짐에 의해 접착제에 의한 에너지의 더 큰 흡수를 가능하게 하고, 따라서 방사선에 대한 원하는 수준의 노출을 얻기 위해서 방사선의 존재 하에서 접착제에 의한 체류 시간을 덜 필요로 한다. 0.3초 미만의 방사선에 대한 접착제(120)의 노출은 방사선 공급원(200)을 사용하는 이들 방법으로 가능하고, 따라서 분당 대략 250 라벨보다 큰 활성화 및 적용 속도가 얻어질 수 있다. 일반적으로 비교적 높은 강도로 원하는 방사선을 산출하기 위해 전자기식 방사선 에미터를 이용하는 것이 바람직하다.
도 14를 참조하면, 반사층(470)은 NIR 또는 단적외 내지 중적외 방사선 에너지를 반사하는 임의의 재료로 제조될 수 있다. 적합한 예는 금, 은, 알루미늄 및 구리를 포함한다. 알루미늄은 이전에 나열된 것들과 같은 다른 적합한 금속과 비교하여 비싸지 않고, 예를 들어 진공 증착 (vacuum metallization) 또는 코팅을 포함하여 다양한 금속화 기술을 사용하여 페이스스톡(110) 및 면(210)에 용이하게 적용될 수 있기 때문에 반사층(470)에 대한 최고의 선택 중 하나이다. 또한, 알루미늄은 NIR 내지 중적외 방사선 에너지의 스펙트럼에 대하여 95%보다 큰 반사율을 가진다. 상기 반사층의 두께 "T"는 1㎛ 정도로 작을 수 있으며, 여전히 적합한 반사율을 제공하고, 예를 들면 대략 90% 이상의 반사율일 수 있다. 다른 반사층은 페이스스톡(110)을 변색으로부터 보호하는데 또한 도움이 될 다른 적합한 방사선 공급원에 대해 이용될 수 있다는 것이 이해된다. 표시가 없는 표면 ("뒷 표면"으로도 알려짐)(520)이 보여진다.
페이스스톡층(110)은 페이스스톡층(110) 및 면(210) 상의 표시(130)를 인쇄하는데 사용되는 잉크에 수용되는 임의의 재료로부터 구성될 수 있다. 페이스스톡층(110)에 대한 재료의 예는 종이, 폴리머 필름, 금속화지, 코팅지, 폼, 투명, 불투명, 반투명 필름, 직물, 부직물, 강화재, 재생지, 페이퍼백 호일 및 금속 호일을 포함한다. 도 15에 도시된 실시형태의 예를 추가적으로 참조하면, 이들 페이스스톡 재료는 접착제(120) 상의 코팅(490)으로 처리될 수 있다. 예는 투명 탑 코팅을 포함하며, 페이스스톡층(110) 상의 표시(130)를 인쇄/증착하는데 사용되는 잉크를 수신하고 보유하는 페이스스톡층(110)의 능력을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 반사층(470)이 보여진다. 추가의 예는 높은 수준의 안료를 함유하는 코팅, 예를 들어 이산화티탄을 함유하는 코팅을 포함하며, 라벨(500)의 불투명함을 향상시키기 위해 페이스스톡층(110)에 적용될 수 있다.
도 16에 도시된 실시형태의 예를 추가적으로 참조하면, 반사층(470) (도 14-15)은 접착제(120) 상부의 페이스스톡층(110) 및 면(210)의 표시가 없는 표면(520)을 부분적으로 또는 전체적으로 덮는 반사 패턴(510)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 17을 추가적으로 참조하면, 반사 패턴(510)은 접착제(120) (도 14-16)를 통해 보았을 때 페이스스톡층(110)의 뒷표면(520) (도 16) 상의 표시(130)를 덮어 씌우기 위해 페이스스톡층(110) 상에 배치될 수 있다. 이것은 라벨(500) (도 15)을 구성하기 위해 필요로 하는 반사 재료의 양을 감소시킨다.
도 18에 도시된 실시형태의 예를 추가적으로 참조하면, 표시(130)를 갖는 면(210) 및 페이스스톡층(110)의 뒷표면(520)은 매끄러울 수 있는 반면, 접착제(120) 및 페이스스톡층(110)의 뒷표면(520)은 가공될 수 있다는 것 또한 가능하다. 가공된 페이스스톡층의 진공 금속화는, 예를 들면 가공된 반사 표면을 생성시킬 수 있다. 마찬가지로, 매끄러운 반사층(470)의 엠보싱은 유사한 가공된 반사 표면을 생성시킬 수 있다. 이러한 가공된 표면은 방사선을 다시 보내거나, 또는 페이스스톡(110)의 평면에 완전히 수직이 아닌 방사선 공급원(200) (도 2-3)으로부터 방사선의 반사를 향상시키는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 18에서, 역반사 미소구조(530)가 보여진다. Heenan 등의 미국 특허 제6,767,102호는 다양한 역반사 표면의 예를 도시한다. 역반사체는 빛의 최소한의 산란으로 그것의 공급원에 빛을 다시 반사시키는 장치 또는 표면이다. 따라서, 전자기파 앞면은 파의 공급원으로부터의 방향에 평행하지만 반대인 벡터를 따라 다시 반사된다.
본 발명의 다양한 실시형태는 다양한 크기 및 모양을 가질 수 있다. 예를 들면, 도 19 및 도 20을 추가적으로 참조하면, 예시적 직사각형 라벨(100/480/500)의 폭 "W"은 대략 0.5㎝ 내지 대략 30㎝의 범위일 수 있고, 예시적 직사각형 라벨(100/480/500)의 길이 "L"은 대략 0.5㎝ 내지 대략 30㎝의 범위일 수 있다. 따라서, 예시적 직사각형 라벨(100/480/500)의 전체적인 표면적은 대략 0.25㎠ 내지 대략 900㎠의 범위일 수 있다. 본 발명에 따른 예시적 라벨(100/480/500)은 라벨은 임의의 모양을 가질 수 있으며, 예를 들면 라벨(100/480/500)은 직사각형, 사각형, 원 및 불규칙한 모양을 포함하여 다른 모양일 수 있다. 다양한 라벨 모양의 예는 Avery Dennison의 미국 특허 제2,304,787호, 제2,569,140호 및 제2,783,172호에서 보여진다.
길이를 포함하여 레이아웃, 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 크기, 공간 배열 뿐만 아니라, 각각의 라벨 상에 인쇄되는 정보는 사용자가 원하는 대로 만들 수 있다. 다시 말하면, 사전 다이컷된 라벨의 롤과는 대조적으로, 활성화 가능한 라이너리스 라벨 스톡의 롤로부터 절단된 각각의 라벨의 길이는 가변적 길이로 불리며 달라질 수 있다. 마찬가지로 각각의 라벨의 크기 및/또는 모양은 가변적 크기로 불리며 어느 하나에서 다른 것으로 달라질 수 있고, 각각의 라벨 상에 전달되는 정보는 가변적 정보로 불리며 어느 하나에서 다른 것으로 달라질 수 있다. 한 실시형태에서, 선적 라벨은 발신자, 수신자, 날짜, 중량, 내용물, 취급 지시, 경고, 바코드 및 일반 선적 라벨 상에서와 같은 다른 정보에 관한 정보를 포함한다. 각각의 정보의, 또는 각각의 정보 내에서 크기, 글꼴, 언어 및 색은 주어진 정보의 탁월함 (standout)을 가지도록 달라질 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 선적 라벨은 콘텐츠 식별, 광고, 판촉 활동 또는 다른 목적과 같은 맞춤형 정보를 위한 추가 영역을 제공하는 일반적인 선적 라벨을 넘어서는 연장된 길이를 가질 수 있다. 이러한 맞춤형 영역 상에 전달될 수 있는 예시적인 정보는 할인 쿠폰, 정보 QR 바코드; 주어진 수신자의 특정 요구에 맞춰진 추천 물품; 발신자에 의한 수신자가 얻길 원하는 메시지; 또는 발신자, 선적 회사 또는 제 3 자로부터의 광고를 포함한다. 이러한 정보는 주어진 수신자의 요구 및 흥미에 맞춰지거나, 지리적 위치, 연령, 성별, 언어 또는 인종의 그룹에 대한 정보를 포함하는 임의의 데이타베이스에 있는 정보로부터 유도될 수 있다. 도 23은 예시적인 라벨(23)을 도시한다. 상기 라벨은 2개의 영역(2301,2302)을 가진다. 영역(2301)에서, 발신자(2303), 수신자(2304), 중량(2305), 바코드(2306), 날짜(2307) 등과 같은 일반적인 선적 정보가 인쇄된다. 영역(2302)에서, 그래픽(2308), 관용구(2309), 판매사(2310) 및 이미지(2311)을 포함하는 판촉 정보가 인쇄된다.
라벨 모양, 크기 및 내용물은 적합한 소프트웨어 프로그램을 이용하여 디자인되고 맞춰질 수 있다. 이러한 프로그램은 사용자가 라벨의 길이, 폭 및 모양, 표시의 색깔, 글꼴, 크기, 그래픽, 배경 및 레이아웃을 정의하도록 한다. 이러한 프로그램은 추가로 사용자가 라벨의 디자인 및 레이아웃을 최적화하도록 하여 의도된 정보를 전달하고, 동시에 라벨의 크기를 최소화하도록 하여 재료의 효율적인 사용 및 비용 절감을 제공할 수 있다. 도 26a는 그것의 길이 L 및 폭 W에 의해 L×W로 정의된 표면적을 갖는 오늘날 사용되는 일반적인 PSA 라벨을 도시한다. 도 26b는 도 26a의 라벨과 동일한 정보를 갖고, 그것의 길이 La 및 폭 W에 의해 정의된 표면적을 갖는 활성화 가능한 라벨을 도시한다. 그 폭이 동일하긴 하지만, 길이가 상이하고, L이 La보다 Ls만큼 크다. 정보의 레이아웃을 재디자인하는 능력으로, 도 26b의 라벨은 도 26a의 라벨보다 라벨 재료를 Ls×W의 양만큼 덜 사용한다. 사전 절단된 PSA 라벨로부터의 주요한 차이점은, 이러한 라벨의 면적/길이의 조정이 개별적으로 맞춰지고, 새로운 롤을 변경하지 않고도 활성화 가능한 시스템으로 수행될 수 있다는 것이다. 절감은 또한 단축된 길이를 갖는 인쇄 리본 상에서 실현된다는 것을 알 수 있다. 한 실시형태에서, 최적화된 디자인은 동일한 목적으로 사용되는 일반적인 PSA 라벨과 비교하여 라벨 재료를 1% 절감한다. 또 다른 실시형태에서, 라벨 재료의 절감은 2%이다. 추가의 실시형태에서, 절감은 10%이다. 상기 프린터 및 커터는 활성화 가능한 라이너리스 라벨링 기계의 제어 시스템에 저장된 인쇄 파일을 통해 동기화될 수 있다. 이러한 인쇄 파일은 임의의 종류의 라벨 프로그래밍 소프트웨어 또는 Microsoft Word, Enterprise Resource Planning systems, 예컨대 SAP 소프트웨어, 또는 Oracle, Euro Plus의 Nice Label, 또는 Avery Dennison Corp의 EasyPlug를 이용하여 생성될 수 있다. 사용자는 상기한 프로그램들을 이용하여 라벨 레이아웃을 디자인하고, 설치된 윈도우 드라이버를 통해 활성화 가능한 라이너리스 라벨링 기계의 제어 시스템에 보낼 수 있다. 예로서 Avery Dennison의 EasyPlug를 취하면, 사용자는 명령 #IMNR 하에서 라벨의 길이 및 폭을 정의하고, 명령 #ERN 하에서 두 절단 작업 사이의 라벨의 수를 정의하며, 이는 각각의 라벨 다음에, 또는 라벨의 수 다음에 절단하도록 한다. 인쇄 파일은 또한 로고, 바코드, 텍스트 등과 같은 다른 정보를 포함한다. 일단 인쇄 파일이 제어 시스템에 로딩되고 인쇄가 시작되면, 상기 프린터는 라벨 스톡의 롤의 선단 가장자리로부터 시작하여 라벨의 내용물을 인쇄하고, 롤로부터 절단된 후 라벨의 선단 가장자리 역할도 한다. 인쇄하는 동안에, 프린터는 인쇄된 라벨의 디자인된 길이에 따라서 라벨 재료의 양을 절단 위치에 추가로 보낸다. 라벨의 단부가 절단 위치에 도달하면, 제어 시스템은 절단하는 커터에 신호를 보낸다. 커터는 하나 이상의 나이프, 로터리 다이 또는 레이저일 수 있다. 다음, 절단된 라벨은 활성화 시스템으로 위로 운반된다. 인쇄 헤드와 커터 사이의 라벨 스톡의 부분이 아직 인쇄되지 않은 경우, 프린터는 다음 인쇄를 위해 절단 후 인쇄 헤드의 위치에 인쇄되지 않은 재료를 되돌릴 것이다.
도 24는 물품의 흐름에 대한 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 흐름의 디자인, 인쇄, 절단, 활성화 및 적용을 위한 예시적인 방법의 플로차트이다. 상기 방법은 단계 2401에서 시작한 다음, 단계 2402에서 활성화 가능한 라벨 스톡의 롤 및 사용자 인터페이스, 제어 시스템, 프린터 유닛, 절단 유닛, 활성화 유닛 및 적용 유닛을 갖는 활성화 가능한 라이너리스 라벨링 기계가 제공된다. 단계 2403에서 라벨 또는 한 세트의 라벨에 의해 전달되는 정보가 제공된다. 다음, 단계 2304에서 크기, 모양, 색깔, 글꼴 등의 조합을 갖는 이미지를 포함하는 최적화된 레이아웃을 갖는 정보를 전달하고, 또한 라벨 재료의 비용 절감을 제공하는 디자인이 만들어진다. 한 실시형태에서, 고객은 라벨 또는 한 세트의 라벨 상에 인쇄되는 정보를 에이전트에게 제공한다. 에이전트는 상기 정보를 처리하고, 고객에게 다시 각 라벨의 최적화된 디자인을 제공한다. 선택적 단계 2405에서, 활성화 가능한 라이너리스 라벨링 기계 상에서 최적화된 디자인이 만들어지지 않으면, 최적화된 디자인은 활성화 가능한 라이너리스 라벨링 기계의 제어 시스템으로 플러그된다. 상기 디자인은 USB, Centronics, Ethernet, 사용자 인터페이스에 연결될 수 있는 플래쉬 카드 등을 통해 플러그될 수 있다. 상기 최적화된 디자인은 유선 또는 무선 연결을 통하는 것과 같이 에이전트에 의해 디지털로 제어 시스템에 업로드될 수 있다. 다음 단계 2406에서, 인쇄가 시작되고, 라벨에 대한 최적화된 디자인이 인쇄된다. 한 세트의 라벨의 경우에 있어서, 라벨은 사이에 있는 불필요한 공간이나 갭 없이 차례로 연속적으로 인쇄된다. 각각의 라벨의 길이는 동일하거나, 또는 가변적, 즉 상이할 수 있다. 인쇄는 활판 (letterpress), 레이저, 오프셋, 그라비어, 플렉소그래픽, 실크 스크린, 및 디지털 방법과 같은 임의의 기술을 이용하여 수행될 수 있다. 디지털 인쇄 기술은 예를 들어, 잉크젯, 제로그래픽, 열, 직접 열 및 전자그래픽 기술을 포함한다. 단계 2407에서, 방금 인쇄되었던 라벨을 커터로 보내지고, 커터는 최적화된 디자인에 의해 정의된 크기에 따라서 각각의 라벨을 절단한다. 단계 2408에서, 절단된 라벨은 활성화 유닛으로 보내지고, 접착제가 활성화된다. 활성화는 몇 개만 예를 들자면, 액체 활성화, 열 활성화, 방사선 활성화, UV 활성화, 레이저 활성화, 압력 활성화, 소리 활성화, 또는 이들의 조합을 통해 달성될 수 있다. 한 실시형태에서, 활성화 유닛은 열 방사선 공급원을 구비하며, 접착제는 사전 정의된 양의 방사선에 대한 노출을 통해 활성화된다. 다음, 단계 2409에서, 라벨링되는 복수의 물품이 제공되고, 물품은 라벨링 유닛으로 보내진다. 라벨링되는 물품은 비규칙적인 흐름의 물품일 수 있으며, 즉 각각의 물품은 상이한 크기, 모양, 재료 등의 것일 수 있다. 동시에 활성화된 접착제를 갖는 라벨은 라벨링 유닛으로 보내지고, 라벨링되는 항목 상으로 붙여진다. 상기 방법은 2410에서 끝난다.
열 전사 인쇄 기술을 이용함에 있어서, 라벨 스톡의 롤 및 열 전사 리본의 롤은 필요한 교체의 수를 최소화하기 위해 맞춰질 수 있다. 달리 말하면, 리본의 롤이 라벨 스톡의 롤과 동일한 길이를 가지는 경우, 기계는 단지 모두 다 되었을 때 중지시킬 필요가 있다. 또 다른 실시형태에서, 라벨 스톡의 길이는 열 전사 리본의 길이의 계수이다. 기계 상의 하중 및 공간 요건을 최소화시키기 위해, 시너 캐리어 (thinner carrier)를 갖는 열 전사 리본, 인쇄 품질을 희생시키지 않는 시너 잉크층, 무결성 (integrity)을 희생시키지 않는 시너 접착제층 및 시너 페이스스톡을 갖는 활성화 가능한 라벨, 및 라벨의 접착성이 바람직하다. 라벨 재료의 보다 효율적인 사용을 제공하는 라벨의 최적화된 디자인으로, 예컨대 라벨 운반 방향을 따라 유의한 빈 영역 없이, 주어진 라벨 스톡의 롤에 대해 보다 많은 라벨이 생산될 수 있고, 교체는 덜 요구된다. 라벨 재료 및 인쇄 리본 모두에서 절감이 달성된다. 이러한 디자인 하에서, 라벨 및 열 전사 리본 모두 라벨링 공정 동안에 필요한 열 전사 리본의 중지 없이 동일한 속도로 움직일 수 있다. 이것은 사전 다이컷된 라벨링 또는 덜 최적화된 디자인된 라벨링에 비한 이점이며, 여기서 인쇄 리본은 운반되는 라벨의 빈 영역이 열 전사 프린터를 통과할 때 리본 재료를 절감하기 위해 멈추게 할 필요가 있다.
활성화 가능한 접착제는 라벨이 인쇄된 후 및 절단된 후에 단지 활성화되기 때문에, PSA 라벨의 경우에서와 같이 인쇄 헤드 또는 절단 블레이드 상에 오염물이 없다. 라벨 상에 요구되는 정확한 폭을 갖는 라벨 페이스스톡의 롤을 사용하는 경우, 현재의 기술은 폐기물 매트릭스를 생성시키지 않는다. 최적화된 디자인은 라벨 페이스스톡의 절감 뿐만 아니라 열 전사 인쇄의 경우 열 전사 리본의 절감도 가능하게 한다.
상기 활성화 가능한 접착제는 라벨 페이스스톡과 크기와 형태가 동일할 수 있다. 활성화 가능한 접착제는 라벨 페이스스톡 상에 코팅된 패턴일 수 있다. 활성화 가능한 접착제는 라벨 페이스스톡 상에 부분적으로만 코팅될 수 있다. 상기 패턴은 대상으로 라벨을 적용시에 공기 출구 (air egress), 재배치 가능성 또는 제거 가능성을 제공할 수 있다. 미국 특허 제6630049호는 이러한 패턴 및 이러한 패턴의 제조 방법에 대한 몇 가지 실시형태를 개시하고, 이는 그 전체가 참조로서 통합된다.
본 명세서에 설명된 다양한 라벨 및 라벨 시스템은 추가로 하나 이상의 배리어 코팅 또는 층, 또는 프라이머 코팅 또는 층을 포함할 수 있다. 이러한 코팅 또는 층은 인쇄 단계 동안에, 특히 직접 열 인쇄를 이용하는 것들에 유익하다. 일반적으로 배리어 코팅은 라벨(100/480/500)이 노출될 수 있는 다양한 조건 하에서의 인쇄 및 페이스스톡(110) (도 14-15)의 변색을 방지한다. 바람직하게는 배리어 코팅은 약 -20℃ 내지 약 80℃의 온도에서 몇 개월까지 또는 그 보다 길게, 바람직하게는 1년까지의 시간 동안, 약 10% 내지 99%의 습도 수준으로 노출시의 인쇄 및 페이스스톡(110) (도 14-15)의 변색을 방지한다. 일반적으로 이러한 배리어 코팅은 본 명세서에 설명된 접착제와 상용성이 있고, 효과적인 농도의 스티렌 모이어티를 포함하는 폴리머성 물질을 포함한다. 특정한 실시형태에서 접착제(120) (도 1) 및 배리어층은 이중 다이 기술 (dual die technology)을 사용하여 하나의 경로로 코팅될 수 있다.
몇 가지의 바람직한 실시형태의 접착제 포뮬레이션에서, 글리세릴 트리벤조에이트가 가소제로서 사용되며, 72℃, 68℃-72℃의 범위에서 피크 용융 온도를 가진다. 또 다른 가소제는 디사이클로헥실 프탈레이트이며 63℃에서 피크 용융 온도를 가진다. 접착제(120) (도 1)가 일단 방사선 또는 다른 에너지 공급원(200) (도 2-3)에 의해 활성화되면, 가소제는 액체의 형태로 있으며, 접착제(120) (도 1)로부터 그것의 접촉 영역으로 이동할 수 있다. 온도가 더 높을수록 이동은 더욱 빨라진다. 따라서, 상기 배리어층은 라벨(100/480/500)의 접착제 측을 덮고, 페이스스톡(110) (도 1)의 모세관을 밀봉하며, 접착제 측으로부터 라벨(100/480/500)의 인쇄 측으로의 가소제 이동을 최소화하는 배리어로서의 역할을 한다. 폴리(비닐 알코올)은 산소 침투성 배리어 및 염료 이동 배리어를 위해 매우 흔히 사용되는 물질이다. 하지만, 이러한 폴리(비닐 알코올) 층을 갖는 라벨(100/480/500)은 이러한 폴리(비닐 알코올) 층을 갖지 않는 것에 비해 낮은 점착성을 만들어낸다. 상용성의 관점에서, 스티렌 유닛을 갖는 폴리머 물질은 보다 상용성이 있어야 한다. 둘다 미국 오하이오주 클리블랜드의 Lubrizol Corp.로부터 입수 가능한 HYCAR 26288과 HYCAR 26315의 1 대 1 중량비의 혼합물이 배리어 코팅 또는 층으로서 사용하기 위한 바람직한 포뮬레이션의 예이다. 폴리머 둘다 그들의 분자 백본에 스티렌 모이어티를 포함한다. 배리어층의 코팅량은 또한 접착제 성능에 접착제 성능에도 영향을 주는데, 이는 가소제가 배리어층에 의해 흡수될 것이기 때문이다. 가소제는 배리어층에 의해 "소모"되기 때문에, 배리어층의 코팅량이 많을수록 접착제의 점착성은 낮아진다. 바람직한 배리어층 코팅량은 12 g/㎡(gsm)이다. 가장 바람직한 코팅량은 2 내지 10 g/㎡(gsm)이다. 상기 배리어층은 접착제(120) (도 1)를 덮고, 페이스스톡(110) (도 1)의 모세관을 밀봉하는데 바람직하게 사용된다. 이러한 이유로, 80℃ 미만의 유리 전이 온도를 갖는 폴리머성 물질이 바람직하다. 가장 바람직한 유리 전이 온도는 60℃ 미만이다.
본 발명의 접착제(120) (도 1)는 넓은 범위의 층상 배열로 사용될 수 있다. 일반적으로 이러한 배열은 기재, 반사층 및/또는 배리어층과 같은 하나 이상의 기능층, 및 접착제(120) (도 1)의 하나 이상을 층들을 포함한다. 도 21은 라이너리스 접착제의 층(610), 기재(630) 및 접착제층(610)과 기재(630) 사이에 배치된 배리어층(620)을 포함하는 층상 어셈블리(600)를 개략적으로 도시한다. 기재(630)는 바람직하게는 종이 페이스스톡 또는 PET 및 BOPP 등과 같은 투명 필름 기재이다. 도 21에 도시된 바와 같이, 바인더층으로서의 기능도 하는 배리어 재료(620)는 기재(630) 상에 코팅된 다음, 직접 코팅 기술에 의해 배리어층(620) 상에 접착제(610)가 코팅된다. 배리어층(620)은 직접 코팅 또는 전사 코팅 기술에 의해 필름 기재(630) 상에 코팅될 수 있다. 일반적으로, 이러한 접착제(610)는 50℃ 내지 120℃의 범위와 같이 비교적 낮은 용융점을 갖는 재료를 포함하며, 가소제, 점착제 및 조합과 같은 유기 재료를 포함한다. 접착제(610)에 이러한 비교적 낮은 용융점의 재료를 포함시킴으로써 이러한 범위의 온도 내에서 이러한 접착제(610)의 결과적 활성화 온도를 부여한다. 가열시, 고체 가소제 및/또는 점착제의 분자는 분자 수준에서 흡수되고 접착제 베이스 폴리머와 상호 작용을 함으로써, 영구적 또는 제거 가능한 감압 종이 또는 필름 라벨 구성을 제공할 것이다.
게다가, 배리어층(620)은 접착제 코팅 공정 동안에 넓은 건조 온도 범위로 접착제(610)의 고정력 (anchorage)을 향상시킬 수 있다. 또한, 배리어층(620)은 종이 페이스스톡에 대해 접착제(610)로부터 가소제의 블리딩을 최소화하는 가드 (guard)의 역할도 한다. 더욱이, 배리어층(620)은 12㎛ 미만의 두께 및 80℃ 미만의 유리 전이 온도를 가질 수 있다.
도 21을 참조하면, 배리어층(620)은 80℃ 미만의 유리 전이 온도를 갖고, 그 두께가 12㎛ 미만인 폴리머성 물질일 수 있다. 상기 프라이머층은 나이프 코팅, 롤 코팅 및 다이 코팅과 같은 전통적인 코팅 방법에 의해 적용될 수 있다.
특정한 실시형태에서, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 접착제(610)의 활성화를 촉진시키기 위해 카본블랙 또는 다른 유사한 제제(들)이 층상 어셈블리(600)의 하나 이상의 층들에 포함된다. 일반적으로, 카본블랙을 첨가시킴으로써 활성화 공정을 위한 에너지 소비를 감소시킨다. 감소된 에너지 소비는 비용 절감, 높은 처리 속도를 나타내거나 또는 야기시킬 수 있고, 및/또는 "녹색" 기술의 측면을 더욱 촉진시킬 수 있다. 게다가, 하나 이상의 층들, 또는 층상 어셈블리(600)에 카본블랙을 포함시킴으로써 접착제 활성을 위한 다른 방사선 공급원(200) (도 2-3)의 분리를 가능하게 한다. 아울러, 층상 어셈블리(600)의 하나 이상의 층들에 카본블랙을 포함시킴으로써 방사선 공급원(200) (도 2-3)과 라벨(100/480/500) (도 19 내지 20)사이의 거리가 증가되도록 하여 시스템의 안정성을 더욱 촉진시킨다.
상기 카본블랙 또는 다른 대체적 매체는 층상 어셈블리(600)에 포함되었을 때 물질의 에너지 흡수를 촉진시킴으로써 향상된 효율을 유도한다. 상기 카본블랙은 층상 어셈블리의 임의의 층에 포함될 수 있다. 하지만, 일반적으로 카본블랙은 접착제(610) 내에 포함되는 것이 바람직하다. 하지만, 본 발명은 그렇게 제한되지 않으며, 접착제(610) 뿐만 아니라 접착제를 대신하여 다른 층들에 카본블랙을 포함시키는 것을 포함한다. 예를 들면, 카본블랙은 배리어층(620)에 포함될 수 있다. 카본블랙 또는 다른 유사한 제제(들)이 프라이머층에 포함될 수 있다는 것 또한 고려된다. 만약 카본블랙이 프라이머층 또는 배리어층(620)에 사용된다면, 접착제(610)에 포함되었을 때 이전에 언급된 농도로 사용될 수 있다. 하지만, 많은 적용 분야에 대해 카본블랙을 약 0.1%와 같이 높은 농도로 사용하는 것이 바람직하다.
에너지 흡수를 증진시키기 위해 카본블랙 대신에, 또는 카본블랙 뿐만 아니라 다른 제제가 사용될 수 있다는 것이 언급된다. 이러한 다른 제제의 비제한적 예는 다양한 유기 염료, 착색제 및 안료; 및 다양한 무기 염료, 착색제 및 안료를 포함한다. 다양한 잉크 또는 다른 제제가 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 게다가, 이들 중 어떤 것들을 조합한 것이 사용될 수 있다. 상기 제제들의 조합은 층상 어셈블리(600)의 다수 또는 상이한 층들에 포함될 수 있다는 것이 고려된다. 예를 들면, 카본블랙은 접착제(610)에 포함될 수 있고, 하나 이상의 유기 및/또는 무기 염료는 배리어층(620)에 포함될 수 있다.
관심있는 층에서의 카본블랙 또는 다른 유사한 제제(들)의 농도는, 농도가 상기 층으로의 에너지 흡수를 유리하게 촉진시키고 온도를 증가시키는 한 달라질 수 있다. 예를 들면, 카본블랙을 접착제(610) 또는 배리어층(620)에 포함시켰을 때, 일반적으로 상기 농도는 적어도 약 0.1%이고, 바람직하게는 적어도 약 1%이다. 상한은 수많은 요인에 의존한다.
시스템
본 발명은 또한 본 명세서에 설명된 활성화 가능한 접착제(610) (도 21) 및 층상 어셈블리(600) (도 21)을 사용하는 다양한 시스템을 제공한다. 하나의 바람직한 측면에서, 인쇄 라벨(100/480/500) (도 19-20)을 물품(160) (도 2-3)에 적용하기 위한 시스템은 1초 미만의 활성화 시간을 나타내는 선택적 활성화 가능한 접착제(610) (도 21)의 층을 포함하는 활성화 가능한 라벨(100/480/500) (도 19-20) 및 라벨(100/480/500) (도 19-20)을 물품(160) (도 2-3)에 적용하도록 구성된 장치를 포함한다. 상기 장치는 에너지를 방출하도록 구성된 에너지 또는 방사선 공급원(200) (도 2-3), 또는 (i) 활성화 가능한 라벨(100/480/500) (도 19-20)을 수신하고, (ii) 상기 방출된 에너지를 통해 활성화 가능한 라벨(100/480/500) (도 19-20)을 운반하고, (iii) 활성화 가능한 라벨(100/480/500) (도 19-20)을, 활성화 가능한 라벨(100/480/500) (도 19-20)이 물품(160) (도 2-3)에 적용되는 위치에 운반하도록 구성된 하나 이상의 액추에이터를 포함한다. 활성화 가능한 접착제(610) (도 21)는 1초 미만, 보다 바람직하게는 0.5초 미만, 가장 바람직하게는 0.3초 이하의 활성화 시간과 같은 바람직한 접착제(610) (도 21)와 관련하여 본 명세서에서 언급된 특징을 나타낸다. 접착제(610) (도 21)는 또한 바람직하게는 약 0.1초 내지 약 72시간, 보다 바람직하게는 약 10초 내지 60초의 오픈 시간을 나타낸다. 이들 시스템에 사용되는 접착제(610) (도 21)는 또한 본 명세서에 설명된 바와 같은 특정한 바람직한 초기 점착력을 특성을 나타낸다.
또 다른 바람직한 실시형태 시스템은 활성화시 적어도 72시간의 오픈 타임을 나타내는 선택적 활성화 가능한 접착제(610) (도 21)의 층을 포함하는 활성화 가능한 라벨(100/480/500) (도 19-20) 및 라벨(100/480/500) (도 19-20)을 물품(160) (도 2-3)에 적용하도록 구성된 장치를 포함한다. 상기 장치는 에너지를 방출하도록 구성된 에너지 또는 방사선 공급원(200) (도 2-3), 또는 (i) 활성화 가능한 라벨을 수신하고, (ii) 상기 방출된 에너지를 통해 활성화 가능한 라벨(100/480/500) (도 19-20)을 운반하고, (iii) 활성화 가능한 라벨(100/480/500) (도 19-20)을, 활성화 가능한 라벨(100/480/500) (도 19-20)이 물품(160) (도 2-3)에 적용되는 위치에 운반하도록 구성된 하나 이상의 액추에이터를 포함한다. 이전에 언급한 바와 같이, 본 시스템에 사용되는 접착제(100/480/500) (도 19-20)는 바람직하게는 이미 언급한 활성화 시간 및 초기 점착력 값을 나타낸다.
다른 유닛이 필요에 따라 시스템에 추가될 수 있다. 하나의 예시적인 유닛은 팬, 에어컨디셔닝 유닛 또는 냉각 유닛이고, 활성화 가능한 라벨 스톡의 롤에 대한 국부적인 온도 제어를 제공할 수 있다. 또 다른 예시적인 유닛은 가청의 소리 또는 색의 시각적인 변화에 의한 경고를 제공할 수 있는 온도 경고 유닛이다. 이러한 유닛은 라벨 롤이 저장되고, 주변 온도가 접착제의 활성화 온도에 가깝게 되었을 때 유용할 수 있다. 일단 이러한 경고가 수신되면 온도가 더 낮아지도록 실행될 수 있다.
용도
본 명세서에 설명된 접착제(610) (도 21)는 다양한 적용 분야에서 사용될 수 있다. 하나의 용도는 층상의 어셈블리(600) (도 21)와 같은 층상의 배열로 있는 것이다. 한정되는 일 없이 종이, 코팅지, 폼, 폴리머 필름, 투명, 불투명, 반투명 또는 금속화 플라스틱 필름, 금속화지, 페이퍼백 호일, 금속 호일, 직물, 부직물, 천, 강화재 및 재생지를 포함하는 다양한 재료가 이러한 층상 어셈블리에 대한 페이스스톡으로서 사용될 수 있다.
다양한 층상 배열 및 라벨 어셈블리(600) (도 21)는 예들 들어, 경고하고, 교육시키고, 즐겁게 하고, 광고하거나, 그렇지 않으면 통보하는 인쇄된 표시(130) (도 1), 정보, 디자인, 바코드, 부호, 그래픽 등을 수신하는 것과 같은 수많은 적용 분야에서 사용될 수 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 층상 어셈블리(600) (도 21)에 대한 특히 바람직한 용도는 프린터(250) (도 3)에서의 용도이다. 이러한 라벨 어셈블리의 예시적인 적용 분야는 선적 라벨, 프라임 라벨, 체크인 수화물 라벨 등을 포함한다.
한 예시적인 실시형태에서, 라벨 어셈블리는 특정한 제품에 대한 주문을 받은 인터넷 소매업자에 의한 선적 라벨로서 사용된다. 상기 제품은 선적 컨테이너에 포장된다. 상기 인터넷 소매업자는 선적 정보를 입력하고, 소프트웨어 프로그램을 이용하여 선적 라벨에 대한 디자인을 만든다. 상기 인터넷 소매업자는 추가로 이익을 위해 선적 라벨의 확장된 부분에 대해 제 3 자를 위한 맞춤형 광고를 포함한다.
또 다른 실시형태에서, 상기 층상의 어셈블리는 테이프를 만드는데 사용된다. 상기 테이프는 플라스틱, 판지, 고무, 유리, 금속, 나무, 콘크리트, 페인트, 유리섬유 천과 같은 유연성 재료, 타폴린 (tarpaulin), 벽, 벽지, 바닥, 의류, 스킨과 같은 다양한 기재에 붙이는데 사용될 수 있다. 한 실시형태에서, 테이프는 한쪽 면 또는 양쪽 면에 활성화 가능한 접착제로 양면 코팅된다. 테이프는 자동차에서와 같이 구성 요소들을 함께 결합하는데 사용될 수 있다.
상기 라벨 또는 테이프는 컨테이너 라벨링, 포장, 물품에 지지체 제공, 대상의 탑재, 접합 또는 어셈블리 적용 분야, 쿠션재 또는 방음 적용 분야, 폐쇄 적용 분야, 제거 가능한 적용 분야, 재밀봉 가능한 포장에 대한 재고정 가능한 테이프, 외부에서 착용되는 용품과 같은 의료 적용 분야, 체결 수단과 같은 일회용 개인 보호 제품, 부착 장치 또는 흡수 용품에 대한 연결 요소, 일회 용품에 대한 탭, 흡수 용품에 대한 센서의 보안 및/또는 지지 수단에 사용될 수 있다.
실시예
표 2에 언급된 베이스 폴리머를 제조하기 위한 예시적 순서는 다음과 같다:
실시예 1
에멀젼 접착제 폴리머 베이스를, 모든 모노머의 중량을 기준으로 37.2% 부틸 아크릴레이트, 29.3% 스티렌, 29.3% 메틸 메타크릴레이트, 1.7% 메타크릴산 및 2.5% 아크릴산으로 구성된 복수의 모노머 및 사슬 이동제로서 첨가된 0.06 중량%의 n-도데실 메르캅탄으로부터 에멀젼 중합에 의해 제조하였다. 4목 플라스크 헤드가 구비된 1리터의 재킷이 달린 실린더형 반응 플라스크를 다수의 강철 블레이드, 환류 냉각기, 온도계 및 질소 주입 튜브를 갖는 강철 교반 막대기를 장착하였다. 교반 속도는 대략 126 rpm으로 설정하였고, 반응 온도는 80℃에서 설정하였다. 반응기에 미리 충전되는 용액은 100g의 탈이온수에 1.0g의 HITENOL BC-10 (일본 교토의 Dai-Ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) 계면 활성제를 용해함으로써 제조된다. 예비 에멀젼 공급 비누액은 2.0g의 HITENOL BC-10 및 105g의 탈이온수를 용해함으로써 형성하였다. 모노머 믹스는 140g의 n-부틸 아크릴레이트, 110g의 스티렌, 110g의 메틸 메타크릴레이트, 6.5g의 메타크릴산, 9.1g의 아크릴산 및 0.24g의 n-도데실 메르캅탄으로 제조하였다. 상기 모노머 믹스를 교반 하에 10분 동안 상기 예비 에멀젼 용액에 첨가하였다. 개시 용액 A는 67g의 탈이온수에 0.75g의 과황산 칼륨을 용해함으로써 제조하였고; 용액 B는 67g의 탈이온수에 0.5g의 과황산 칼륨을 용해함으로써 제조하였다. 시작 개시 용액은 38g의 물에 0.75g의 과황산 칼륨을 용해함으로써 제조하였다. 반응기에 미리 충전되는 용액을 유리 반응기에 도입하고, 질소로 플러쉬 (flush) 하였다. 상기 시작 개시 용액은 상기 용액 온도가 80℃에 도달하였을 때 첨가하였다. 5분 후, 20g의 예비 에멀젼 용액을 반응기에 도입하였다. 중합을 관찰하자마자 예비 에멀젼 용액 및 개시 용액 A가 시작되었다. 개시 용액 B를 용액 A의 말단에 공급하였다. 예비 에멀젼 용액 공급은 4시간으로 완료하였고, 개시 용액 A 및 B 공급은 4시간 15분으로완료하였다. 개시 용액 B 공급을 완료한 후, 또 다시 30분 동안 중합을 계속하여다. 중합 온도는 중합 동안에 80℃로 유지하였다. 모노머 혼합물의 중합은 폴리머 라텍스를 생성시키고, 이것은 라이너리스 접착제용으로 더 포뮬레이션될 수 있으며, 원하는 기재 상에 코팅될 수 있다.
실시예 2
중합에 사용된 모노머가 다음의 중량%인 48.0% 부틸 아크릴레이트, 23.9% 스티렌, 23.9% 메틸 메타크릴레이트, 1.7% 메타크릴산 및 2.5% 아크릴산로 사용된 것을 제외하고는 실시예 1에서 사용된 동일한 중합 순서를 사용하였다.
예시적인 흰색의 열 활성화된 접착제의 제조는 다음과 같다. 전환 가능한 접착제 포뮬레이션은 균일한 조성물을 보장하기 위해 충분한 시간 동안 실온에서 선택된 가소제 및 점착제로 블렌딩함으로써 언급된 접착제 폴리머 베이스로부터 제조하였다. 일반적으로 이러한 고체 가소제의 바람직한 용융점은 40℃ 초과이다. 본 실시예에서, 분쇄된 가소제 디사이클로헥실 프탈레이트, 즉 미국 노스캐롤라이나주 그린즈버러의 Unitex Corp.에 의해 제공된 U250M을 사용하였다. U250M의 용융점은 63℃ 내지 65℃의 범위에 있다. 예시적인 점착제는 테네시주 킹스포트의 Eastman Chemical Company에 의한 수지 분산물인 TACOLYN 3400 (연화점 92℃)이다. TACOLYN 3400는 에스테르 수지 분산물이다. 보다 구체적으로, TACOLYN 3400은 고수소화된 고연화점 수지로부터 제조된 수성의 55% 고체인 무용매 음이온성 로진 에스테르 분산물이다. 어떤 특정한 이론에 의해 지지되지 않고, 흰색의 열 활성화된 접착제가 조사되면 선택된 가소제는 녹는다고 여겨진다. 작은 가소제 분자는 폴리머가 냉각한 후에도 "윤활유"로서 기능하기 위해 접착제 베이스 폴리머 사슬 사이에서 미끄러질 수 있다. 결과적으로 폴리머의 자유 부피는 증가되거나 또는 접착제 폴리머 베이스의 유리 전이 온도 (Tg)는 낮아지며, 매우 유연한 접착제 코팅을 유도한다. 유리하게는 특정한 예시적 실시형태에서, 접착제는 카본블랙, 그래파이트, 잉크(들), 염료(들), 안료(들), 및/또는 착색제(들)을 포함하지 않는다. 하지만, 접착제의 다른 예시적 실시형태는 이러한 제제들의 사용을 포함한다.
실시예 3
에멀젼 접착제 폴리머 베이스를, 모든 모노머 및 사슬 이동제의 중량을 기준으로 13.15%의 부틸 아크릴레이트, 75.16%의 스티렌, 0.12%의 메틸 아크릴레이트, 1.30%의 메타크릴산, 1.64%의 아크릴산, 3.67%의 메틸 메타크릴레이트, 1.01%의 SR 206 (미국 펜실베니아주 엑스톤의 Sartomer Company Inc.) 및 0.50%의 SR 306 (미국 펜실베니아주 엑스톤의 Sartomer Company Inc.)로 구성된 복수의 모노머 및 사슬 이동제로서 첨가된 3.45 중량%의 n-도데실 메르캅탄으로부터 에멀젼 중합에 의해 제조하였다.
4목 플라스크 헤드가 구비된 1리터의 재킷이 달린 실린더형 반응 플라스크를 다수의 강철 블레이드, 환류 냉각기, 온도계 및 질소 주입 튜브를 갖는 강철 교반 막대기를 장착하였다. 교반 속도는 대략 126 rpm으로 설정하였다.
반응기에 미리 충전되는 용액은 166.30g의 탈이온수에 2.00g의 Disponil FES-77 (미국 오하이오주 신시내티의 Cognis Corp.), 0.60g의 Surfynol 485 (미국 펜실베니아주 앨런타운의 Air Products and Chemicals, Inc.) 및 0.01g의 Drewplus L-198 (미국 오하이오주 콜럼버스의 Ashland)를 용해함으로써 제조된다.
예비 에멀젼 공급 비누액은 200.00g의 탈이온수에 16.30g의 Disponil FES-77, 5.85g의 Surfynol 485 및 2.94g의 Aerosol OT-75 및 0.01g의 Drewplus L-198을 용해함으로써 형성하였다. 모노머 믹스는 67.33g의 부틸 아크릴레이트, 0.60g의 메틸 아크릴레이트, 384.84g의 스티렌, 18.78g의 메틸 메타크릴레이트, 6.66g의 메타크릴산, 8.39g의 아크릴산, 2.57g의 SR-306, 5.17g의 SR-206 및 17.68g의 n-도데실 메르캅탄으로 제조하였다.
상기 모노머 믹스를 교반 하에 10분 동안 상기 예비 에멀젼 용액에 첨가하여 흰색의 우유 같은 에멀젼을 형성하였다. 개시제는 64.66g의 탈이온수에 1.34g의 과황산 칼륨을 용해함으로써 제조하였다. 시작 용액은 30g의 탈이온수에 1.13g의 과황산 칼륨을 용해함으로써 제조하였다. 상기 반응기에 미리 충전되는 용액은 질소로 플러쉬된 반응기에 도입하였다.
시작 개시 용액은 상기 용액이 78℃에 도달하였을 때 첨가하고, 반응 온도는 86℃로 올렸다. 2분 후에 상기 예비 에멀젼 용액을 반응기에 도입하고 240분으로 완료하였다. 상기 예비 에멀젼 용액 첨가를 개시하고 나서 45분 후에, 상기 개시 용액을 반응기에 첨가하고 210분으로 완료하였다. 이 시점에서, 2.25g의 19% 암모니아수를 상기 반응기에 첨가하였다. 45분 후, 반응기의 온도를 75℃로 낮췄다. 또 다른 2.25g의 19% 암모니아수, 0.6g의 t-butyl 과산화수소 및 0.2g의 나트륨 히드록시메탄술핀산염을 반응기에 첨가하였다. 반응기의 온도는 35℃로 더 낮췄다. 결과 혼합물에 0.2g의 Drewplus L-198, 0.05g의 Acticide GA (미국 코넷티컷주 트럼불의 Thor Specialties Inc.) 및 2.23g의 탈이온수를 첨가하였다. 이러한 순서에 의해, 폴리머 라텍스가 약 50.5% 고체 함량 및 pH 약 6.5 내지 7.0으로 얻어지며, 접착제 포뮬레이션을 위해 사용할 준비가 된다.
실시예 4
에멀젼계 접착제 시스템 "A"를 실시예 3에서 형성된 아크릴 에멀젼계 폴리머를 사용하여 제조하였다. 구체적으로, 상기 접착제 시스템은 표 4에 제시된 바와 같이 형성된다.
[표 4] 접착제 시스템 "A"
구체적으로, 상기 접착제 시스템은 실시예 3에서 제조된 25.5 중량부의 폴리머와 66 중량부의 UNIPLEX 260 분산물 및 8.5 중량부의 Super Ester E-730 분산물 (점착제) (일본 오사카의 Arakawa Chemical)을 조합함으로써 제조하였다. 상기 UNIPLEX 260 분산물은 UNIPLEX 260, 물, 분산제 및 소포제를 갈아서 제조하며, 가소제로서의 역할을 한다. 그리고 상기 구성 성분 Super Ester E-650은 점착제로서의 역할을 한다.
이 에멀젼계 접착제는 안정하며, 종이 또는 필름 상에 직접 코팅되고, 공기 순환 오븐에서 56℃까지 15분 동안 어떠한 활성화의 흔적 없이 건조될 수 있다. 상기 건조된 접착제는 밑칠을 한 또는 밑칠을 하지 않은 종이 및 필름에 대해 우수한 고정력을 보여주고, 1평방 인치당 파운드 (pounds per square 인치, psi) 압력 15 psi (약 103,421 뉴턴/㎡) 하 45℃에서의 차단 시험을 통과했지만, 15 psi 압력 하 55℃에서의 차단 시험은 통과하지 못했다. 박리 강도 시험 데이타는 좋고 나쁜 것이 뒤섞였고, 이러한 포뮬레이션은 접착제 중 대략 23.2% 바이오계 "새로운 탄소" 함량을 제공했다. 더 상세한 사항은 본 명세서에서의 도 22에 관한 논의에서 찾아진다.
이러한 유형의 접착제는 우수한 점착성과 비극성 표면 및 판지에 대한 우수한 접착력을 나타낼 뿐만 아니라, 48시간 이상 매우 점착성이며, 하나 이상의 IR 에미터 하에서 5 내지 10초 동안 활성화 후에 긴 시간 동안 투명하게 남아 있다.
실시예 5
에멀젼계 접착제 시스템 "B"를 실시예 3에서 형성된 아크릴 에멀젼계 폴리머를 사용하여 제조하였다. 구체적으로, 상기 접착제 시스템은 표 5에 제시된 바와 같이 형성된다.
[표 5] 접착제 시스템 "B"
구체적으로, 상기 접착제 시스템은 실시예 3에서 제조된 25.5 중량부의 폴리머와 66 중량부의 UNIPLEX 260 분산물 및 8.5 중량부의 일본 오사카의 Arakawa Chemical로부터 입수 가능한 Tamanol E-102A 분산물을 조합함으로써 제조하였다. 상기 UNIPLEX 260 분산물은 UNIPLEX 260, 물, 분산제 및 소포제를 갈아서 제조하며, 가소제로서의 역할을 한다. 그리고 상기 구성 성분 Tamanol E-102A는 점착제로서의 역할을 한다.
이 에멀젼계 접착제는 안정하며, 종이 또는 필름 상에 직접 코팅되고, 공기 순환 오븐에서 56℃까지 15분 동안 어떠한 활성화의 흔적 없이 건조될 수 있다. 상기 건조된 접착제는 밑칠을 한 또는 밑칠을 하지 않은 종이 및 필름에 대해 우수한 고정력을 보여주고, 15 psi 압력 (약 103,421 뉴턴/㎡) 하 55℃에서의 차단 시험을 통과했다. 박리 강도 시험 데이타는 매우 우수하였고, 이러한 포뮬레이션은 접착제 중 대략 23.2% 바이오계 "새로운 탄소" 함량을 제공했다. 더 상세한 사항은 본 명세서에서의 도 22에 관한 논의에서 찾아진다.
이러한 유형의 접착제는 우수한 점착성과 비극성 표면 및 판지에 대한 우수한 접착력을 나타낼 뿐만 아니라, 48시간 이상 매우 점착성이며, 하나 이상의 IR 에미터 하에서 5 내지 10초 동안 활성화 후에 긴 시간 동안 투명하게 남아 있다.
실시예 6
에멀젼계 접착제 시스템 "C"를 실시예 3에서 형성된 아크릴 에멀젼계 폴리머를 사용하여 제조하였다. 구체적으로, 상기 접착제 시스템은 표 6에 제시된 바와 같이 형성된다.
[표 6] 접착제 시스템 "C"
구체적으로, 상기 접착제 시스템은 실시예 3에서 제조된 25.5 중량부의 폴리머와 66 중량부의 UNIPLEX 260 분산물 및 8.5 중량부의 일본 오사카의 Arakawa Chemical로부터 입수 가능한 Super Ester E-730 분산물을 조합함으로써 제조하였다. 상기 UNIPLEX 260 분산물은 UNIPLEX 260, 물, 분산제 및 소포제를 갈아서 제조하며, 가소제로서의 역할을 한다. 그리고 상기 구성 성분 Super Ester E-730은 점착제로서의 역할을 한다.
이 에멀젼계 접착제는 안정하며, 종이 또는 필름 상에 직접 코팅되고, 공기 순환 오븐에서 56℃까지 15분 동안 어떠한 활성화의 흔적 없이 건조될 수 있다. 상기 건조된 접착제는 밑칠을 한 또는 밑칠을 하지 않은 종이 및 필름에 대해 우수한 고정력을 보여주고, 15 psi 압력 (약 103,421 뉴턴/㎡) 하 55℃에서의 차단 시험을 통과했다. 박리 강도 시험 데이타는 매우 우수하였고, 이러한 포뮬레이션은 접착제 중 대략 23.2% 바이오계 "새로운 탄소" 함량을 제공했다. 더 상세한 사항은 본 명세서에서의 도 22에 관한 논의에서 찾아진다.
이러한 유형의 접착제는 우수한 점착성과 비극성 표면 및 판지에 대한 우수한 접착력을 나타낼 뿐만 아니라, 48시간 이상 매우 점착성이며, 하나 이상의 IR 에미터(148) (도 4) 하에서 5 내지 10초 동안 활성화 후에 긴 시간 동안 투명하게 남아 있다.
실시예 7
에멀젼계 접착제 시스템 "D"를 실시예 3에서 형성된 아크릴 에멀젼계 폴리머를 사용하여 제조하였다. 구체적으로, 상기 접착제 시스템은 표 7에 제시된 바와 같이 형성된다.
[표 7] 접착제 시스템 "D"
구체적으로, 상기 접착제 시스템은 실시예 3에서 제조된 25.5 중량부의 폴리머와 66 중량부의 UNIPLEX 250 분산물 및 8.5 중량부의 일본 오사카의 Arakawa Chemical로부터 입수 가능한 Super Ester E-650 분산물을 조합함으로써 제조하였다. 상기 UNIPLEX 250 분산물은 UNIPLEX 250, 물, 분산제 및 소포제를 갈아서 제조하며, 가소제로서의 역할을 한다. 그리고 상기 구성 성분 Super Ester E-650은 점착제로서의 역할을 한다.
이 에멀젼계 접착제는 안정하며, 종이 또는 필름 상에 직접 코팅되고, 공기 순환 오븐에서 56℃까지 15분 동안 어떠한 활성화의 흔적 없이 건조될 수 있다. 상기 건조된 접착제는 밑칠을 한 또는 밑칠을 하지 않은 종이 및 필름에 대해 우수한 고정력을 보여주고, 15 psi 압력 (약 103,421 뉴턴/㎡) 하 45℃에서의 차단 시험을 통과하지 못했다. 박리 강도 시험 결과는 적정하긴 하지만 뛰어나지는 않았다. 이러한 포뮬레이션은 접착제 중 대략 9.5% 바이오계 "새로운 탄소" 함량을 제공했다. 더 상세한 사항은 본 명세서에서의 도 22에 관한 논의에서 찾아진다.
이러한 유형의 접착제는 우수한 점착성과 비극성 표면 및 판지에 대한 우수한 접착력을 나타낼 뿐만 아니라, 48시간 이상 매우 점착성이며, 하나 이상의 IR 에미터(148) (도 4) 하에서 5 내지 10초 동안 활성화 후에 긴 시간 동안 투명하게 남아 있다.
실시예 8
에멀젼계 접착제 시스템 "E"를 실시예 3에서 형성된 아크릴 에멀젼계 폴리머를 사용하여 제조하였다. 구체적으로, 상기 접착제 시스템은 표 8에 제시된 바와 같이 형성된다.
[표 8] 접착제 시스템 "E"
구체적으로, 상기 접착제 시스템은 실시예 3에서 제조된 25.5 중량부의 폴리머와 66 중량부의 UNIPLEX 250 분산물 및 8.5 중량부의 일본 오사카의 Arakawa Chemical로부터 입수 가능한 Tamanol E-102A 분산물을 조합함으로써 제조하였다. 상기 UNIPLEX 250 분산물은 UNIPLEX 250, 물, 분산제 및 소포제를 갈아서 제조하며, 가소제로서의 역할을 한다. 그리고 상기 구성 성분 Tamanol E-102A은 점착제로서의 역할을 한다.
이 에멀젼계 접착제는 안정하며, 종이 또는 필름 상에 직접 코팅되고, 공기 순환 오븐에서 56℃까지 15분 동안 어떠한 활성화의 흔적 없이 건조될 수 있다. 상기 건조된 접착제는 밑칠을 한 또는 밑칠을 하지 않은 종이 및 필름에 대해 우수한 고정력을 보여주고, 15 psi 압력 (약 103,421 뉴턴/㎡) 하 45℃에서의 차단 시험은 겨우 통과했지만, 15 psi 압력 하 55℃에서의 차단 시험은 통과하지 못했다. 박리 강도 시험 결과는 적정하긴 하지만 뛰어나지는 않았다. 이러한 포뮬레이션은 접착제 중 대략 9.5% 바이오계 "새로운 탄소" 함량을 제공했다. 더 상세한 사항은 본 명세서에서의 도 22에 관한 논의에서 찾아진다.
이러한 유형의 접착제는 우수한 점착성과 비극성 표면 및 판지에 대한 우수한 접착력을 나타낼 뿐만 아니라, 48시간 이상 매우 점착성이며, 하나 이상의 IR 에미터(148) (도 4) 하에서 5 내지 10초 동안 활성화 후에 긴 시간 동안 투명하게 남아 있다.
실시예 9
에멀젼계 접착제 시스템 "F"를 실시예 3에서 형성된 아크릴 에멀젼계 폴리머를 사용하여 제조하였다. 구체적으로, 상기 접착제 시스템은 표 9에 제시된 바와 같이 형성된다.
[표 9] 접착제 시스템 "F"
구체적으로, 상기 접착제 시스템은 실시예 3에서 제조된 25.5 중량부의 폴리머와 66 중량부의 UNIPLEX 250 분산물 및 8.5 중량부의 일본 오사카의 Arakawa Chemical로부터 입수 가능한 Super Ester E-730 분산물을 조합함으로써 제조하였다. 상기 UNIPLEX 250 분산물은 UNIPLEX 250, 물, 분산제 및 소포제를 갈아서 제조하며, 가소제로서의 역할을 한다. 그리고 상기 구성 성분 Super Ester E-730은 점착제로서의 역할을 한다.
이 에멀젼계 접착제는 안정하며, 종이 또는 필름 상에 직접 코팅되고, 공기 순환 오븐에서 56℃까지 15분 동안 어떠한 활성화의 흔적 없이 건조될 수 있다. 상기 건조된 접착제는 밑칠을 한 또는 밑칠을 하지 않은 종이 및 필름에 대해 우수한 고정력을 보여주고, 15 psi 압력 (약 103,421 뉴턴/㎡) 하 45℃에서의 차단 시험은 겨우 통과했지만, 15 psi 압력 하 55℃에서의 차단 시험은 통과하지 못했다. 박리 강도 시험 결과는 적정하긴 하지만 뛰어나지는 않았다. 이러한 포뮬레이션은 접착제 중 대략 9.5% 바이오계 "새로운 탄소" 함량을 제공했다. 더 상세한 사항은 본 명세서에서의 도 22에 관한 논의에서 찾아진다.
이러한 유형의 접착제는 우수한 점착성과 비극성 표면 및 판지에 대한 우수한 접착력을 나타낼 뿐만 아니라, 48시간 이상 매우 점착성이며, 하나 이상의 IR 에미터(148) (도 4) 하에서 5 내지 10초 동안 활성화 후에 긴 시간 동안 투명하게 남아 있다.
실시예 10
실시예 4 내지 9의 접착제 샘플은 NIR 내지 MWIR 방사선 활성화 가능하다. 차단 및 박리 접착 시험을 수행하고 통계적으로 분석하여, 그 결과들을 도 22의 표에 열거했다. 각각의 접착제 포뮬레이션은 0.015%의 카본블랙을 갖는 6gsm의 Hycar P/B 코팅으로 코팅된 모조지 상에 메이어 막대기 (Meyer rod)에 의해 25gsm의 건조 중량으로 코팅하였다. 상기 Hycar P/B 코팅은 Hycar 26288과 Hycar 26315의 1 대 1 비율로 구성된다. Hycar 에멀젼은 모두 미국 오하이오주 클리블랜드의 Lubrizol Advanced Materials, Inc.로부터 입수 가능하다. 상기 접착제 코팅은 Uniplex 260을 사용하는 샘플에 대하여는 60℃에서 5분 동안 건조하였고, Uniplex 250을 사용하는 샘플에 대하여는 53℃에서 5분 동안 건조하였다. 상기 샘플들은 실험실 IR 에미터(148) (도 4)에 의해 활성화하였고, 500g 롤러를 사용하여 Smurfit 판지에 부착시켰다. 박리 접착은 분당 12인치의 박리 속도로 Instron 5442 상에서 수행하였다. 90°박리 시험 및 차단 시험을 통한 접착제 특성의 측정을 위한 순서 및 연습에 관한 더 상세한 사항은 다음과 같다:
박리 접착 시험:
선택된 종이 페이스스톡 상으로 20gsm 내지 40gsm의 특정 범위의 근사치의 코팅량으로 접착제를 코팅하였다. 배리어 코팅은 필요하다면 종이에 코팅하였다. 코팅된 재료는 50℃에서 10분 동안 건조하였다. 결과로 얻은 구성물을 25×204㎜ (1×8인치) 크기의 스트립으로 다이 컷하였다. 다음, 상기 스트립을 중파 IR을 통해 열적으로 활성화되도록 하고, 50×152㎜ (2×6인치)의 밝게 어닐링되고 고연마된 스테인리스 강철 시험 패널 또는 종이 판지에 길이 방향을 따라서 중간에 적용하고, 2㎏ (4.5 lb)이고 shore "A"가 65인 한번에 앞뒤로 회전하는 고무를 향한 롤러를 사용하여 30 ㎝/분 (12 in/분)의 속도로 아래로 굴렸다. 샘플들은 23℃ (73℉) 및 50% 상대 습도로 유지된 조절된 환경의 시험실에서 20분 또는 24시간 동안 컨디셔닝하였다. 컨디셔닝 후, 변경된 버전의 표준 테이핑법인 Pressure-Sensitive Tape Council, PSTC-1 (rev. 1992), Peel Adhesion for Single Coated Tapes 180°Angle에 따라서 Instron Universal Tester로 시험 스트립을 시험 패널로부터 박리하였고, 이때 박리 각도는 180°또는 90°, 즉 패널 표면에 대하여 수직이고, 30㎝/분 (12 in/분)의 속도로 박리하였다. 시험 패널로부터 접착제 시험 스트립을 제거하기 위한 힘은 lbs/in로 측정하였다. 모든 시험은 세번 수행하였다.
상기 수행된 박리 시험은 90 RT "instant" Average Peel, 90 RT Average Peel 및 90 LT 10C Average Peel로 알려져 있다. 모든 결과는 인치당 파운드로 보고되며, 모든 샘플은 접착제 전사를 보여줬다.
차단 시험:
도 22의 데이타는 특정한 접착제 시스템 A-F가 45℃의 온도 및 15 psi (대략 103,421 뉴턴/㎡)의 압력 하에서 차단 없는 특성 또는 기본적으로 그렇게 나타내는 것을 증명하는 데이터를 보고한다. 이들 비차단 특성은 또한 상대 습도 (RH) 10% 내지 99%의 비율로 나타내어지는 것이 고려된다. 존재하는 경우, 이들 차단 방지 (anti-blocking) 특성은 접착제에 대한 중요한 특징을 제공하고, 그것들이 라벨링과 같은 다양한 적용 분야에서 사용될 수 있도록 한다. 보다 구체적으로, 접착제는 활성화 전, 가장 바람직하게는 동시에 이러한 비차단 특성을 나타내는 것이 바람직하다. 다시 말해, 특정한 접착제 포뮬레이션은 45℃ 또는 55℃의 온도에서의 비차단성, 15 psi의 압력에서의 비차단성 및 10% 내지 90%의 상대 습도 수준에서의 비차단성을 나타낸다.
가로 2인치 세로 2인치로 한 3 내지 5개의 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 스택을 미리 설정한 오븐 온도, 습도 및 기간을 갖는 오븐 내의 평평한 금속 블록 상에 배치하였다. 가로 2인치 세로 2인치로 한 페이스스톡 한 조각을 상기 금속 표면과 라벨 스택의 사이에 배치하였다. 라벨 스택의 다른 쪽에, 가로 1인치 세로 1인치로 경면 가공 (mirror finishing)한 알루미늄 블록을 라벨 스택의 상부에 배치하였다. 다음, 원하는 중량의 금속 블록을 알루미늄 블록의 상부에 배치하였다.
시험 기간이 완료되면, 라벨 스택을 오븐에서 제거하고 검사 전에 적어도 30분 동안 대기 조건 하에 두었다. 각각의 라벨을 스택으로부터 수동으로 분리하고, 접착제측 및 인쇄측 모두를 체크하기 위해 빛 아래에서 검사하였다. 접착제측으로부터 인쇄측으로의 임의의 접착제 코팅 전사에 대하여 주의되고, 그렇지 않으면 라벨 스톡의 블록을 형성하기 위해 접착제측은 인쇄측에 달라 붙는다. 육안에 의한 전사를 보이지 않는 라벨을 IR 램프에 의해 더 활성화하고, 접착제의 존재를 나타내는 어떤 빛나는 부분이 이동하는지를 보기 위해 인쇄측을 빛 아래에서 다시 검사하였다.
다음의 관찰은 도 22의 데이타로부터 이루어진다. 접착제 시스템 D는 접착제 시스템 A와의 비교를 통해 접착제 시스템 A의 낮은 냉공법 (cold adhesion)이 Instron에 의해 거의 읽혀지지 않는 것으로 차단은 향상되었지만 박리 성능은 저하된 것을 보여준다. 접착제 시스템 A 또는 D 중 하나는 접착제 시스템 B 및 C와의 비교를 통해 우수한 박리 성능을 잃지 않고 차단을 향상시킨 것을 보여준다. 접착제 시스템 B 및 C는 상당한 또는 개선된 박리 성능으로 통계적으로 현저한 차단 향상을 보여준다. 접착제 시스템 B 및 E는 각각 접착제 시스템 C 및 F보다 뛰어난 성능을 보여준다.
임의의 실시형태, 측면 및 그의 상세한 사항들은 본 명세서에 설명된 다른 실시형태, 측면 또는 그의 상세한 사항들과 함께 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본 발명에 설명된 다양한 접착제 시스템 및 접착제 베이스 폴리머는 본 발명에 설명된 임의의 라벨, 라벨 어셈블리, 시스템 및 시스템과 함께 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라 매우 유리한 라이너리스 라벨 및 활성화 가능한 접착제, 시스템, 기계, 및 방법이 제공되는 것이 보여질 것이다. 본 발명은 현재 가장 실용적이고 바람직한 실시형태로 간주되는 것과 관련하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 많은 변형 및 균등한 배열은 본 발명의 범위 내에서 제조될 수 있으며, 상기 범위는 모든 등가의 구조 및 제품을 포괄하도록 하기 위해 첨부된 특허청구범위의 가장 넓은 의미로 해석되어야 하는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 인쇄 및 적용 시스템에서 인쇄 및 절단을 연속하여 수행하는 것에 대한 하나의 예시적인 변형은 각각의 라벨의 주어진 레이아웃에 따라 독자적 프린터에서 오프라인으로 인쇄를 수행하여 가변적 크기 또는 가변적 정보를 갖는 사전 인쇄된 라벨의 롤을 만드는 것, 및 각각의 라벨의 동일한 레이아웃에 따라 라이너리스 적용 시스템에서 절단을 수행하는 것이다. 또 다른 예시적인 변형은 (오프라인으로 인쇄된) 라벨 스톡의 롤을 사용하여, 추가적 정보를 사전 인쇄된 페이스스톡 상에 인쇄 및 적용 시스템 (인라인 인쇄)를 이용해 인쇄하는 것이다. 또 다른 예시적 변형은 인쇄 전에 절단을 수행하는 것이다. 또 다른 예시적 변형은 접착제 및 페이스스톡의 잉크층에 대한 레이저, 열, UV 또는 그 밖의 것들과 같은 일반적인 자극제 사용을 통해 인쇄 및 활성화를 동시에 수행하는 것이다. 상기 잉크층은 인쇄를 가능하게 하는 자극제에 반응하는 재료를 함유한다. 다양한 길이, 모양 및 크기의 라벨을 다이 커팅, 레이저 커팅, 사전 천공된 라벨 페이스스톡 또는 이들의 조합을 이용하여 절단할 수 있다.
본 발명자들은 이로써 본 발명이 다음의 특허청구범위에 규정된 바와 같은 본 발명의 문자 그대로의 범위 밖에는 있지만 실질적으로는 벗어나지 않는 어떤 장치, 시스템 방법 또는 물품에 관한 것이므로, 그들 발명의 합리적 적정 범위를 결정하고 평가하는 균등론에 의존하는 그들의 의도를 명시한다.
Claims (60)
- 물품의 흐름에 대한 활성화 가능한 라이너리스 라벨의 흐름의 적용이 용이하도록 구성된 인쇄 및 적용 시스템으로서, 상기 시스템은
페이스스톡 (facestock) 및 활성화 가능한 접착제층을 갖는 활성화 가능한 라벨 스톡의 롤;
상기 활성화 가능한 라벨 스톡의 롤을 소정의 길이 또는 소정의 모양으로 절단하여 활성화 가능한 라벨의 흐름을 형성하도록 구성된 커터;
상기 접착제층을 활성화하여 점착성으로 변화시키는 활성화 유닛; 및
활성화된 접착제를 갖는 라벨을 라벨링되는 물품의 흐름 상으로 수신 및 배치하도록 구성된 어플리케이터 유닛을 포함하며,
상기 임의의 주어진 라벨의 소정의 길이 및 소정의 모양은 가변적일 수 있어, 2개 이상의 활성화 가능한 라벨에 대한 길이 또는 모양 또는 길이와 모양 모두가 상이한 인쇄 및 적용 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 시스템은 각각의 활성화 가능한 라벨에 대한 소정의 길이 및 모양을 포함하는 레이아웃을 만들도록 구성된 인쇄 및 적용 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 레이아웃에 따라 페이스스톡 상에 인쇄하도록 구성된 하나 이상의 프린터를 추가로 포함하는 인쇄 및 적용 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 프린터는 인라인 프린터, 오프라인 프린터 또는 이 둘의 조합 중 하나 이상인 인쇄 및 적용 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 레이아웃은 소프트웨어 프로그램, 하드웨어 또는 이 둘의 조합을 이용하여 만들어지는 인쇄 및 적용 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 프린터 및 활성화 유닛은 동일한 자극제를 사용하여 상기 페이스스톡 상에 인쇄하고 상기 접착제층을 활성화시키며; 상기 프린터 및 활성화 유닛은 2개의 별개의 유닛 또는 하나의 유닛인 인쇄 및 적용 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 임의의 주어진 라벨에 대한 레이아웃은 가변적일 수 있는 인쇄 및 적용 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 프린터, 커터, 활성화 유닛 및 어플리케이터 유닛을 제어하도록 구성된 제어 시스템을 추가로 포함하는 인쇄 및 적용 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 활성화 가능한 라벨을 수신하고;
다음 활성화 가능한 라벨 상에 이미지를 인쇄하는 프린터를 지나서 활성화 가능한 라벨을 운반하며;
다음 활성화 가능한 라벨을 절단하는 커터를 지나서 그 위에 인쇄된 이미지를 갖는 활성화 가능한 라벨을 운반하고;
상기 인쇄 및 절단된 활성화 가능한 라벨을 상기 활성화 유닛을 통해 운반하며;
상기 활성화된 라벨이 물품의 흐름에 적용되는 위치에 활성화된 라벨의 흐름을 운반하도록 구성된 하나 이상의 운반체를 추가로 포함하는 인쇄 및 적용 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 프린터는 열 전사 리본 및 열 프린트 헤드의 롤을 갖는 열 전사 프린터이고; 상기 열 전사 리본은 인쇄 동안에 열 프린트 헤드를 통해 속도 A로 움직이고, 상기 시스템은 동일한 속도 A로 프린터를 지나서 활성화 가능한 라벨를 운반하도록 구성되는 인쇄 및 적용 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 물품은 병, 캔, 컨테이너, 용기, 백, 파우치, 봉투, 소포, 상자 및 판지 상자로 이루어진 군으로부터 선택되는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 활성화 가능한 접착제는
i. 부틸 아크릴레이트, 스티렌, 메틸 메타크릴레이트, 메타크릴산, 아크릴산, 하나 이상의 다작용성 모노머 및 하나 이상의 사슬 이동제를 포함하는 접착제 베이스 폴리머,
ii. 가소제 및
iii. 점착제
를 포함하는 인쇄 및 적용 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 접착제는 5초 미만의 활성화 시간을 나타내는 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 접착제는 1초 미만의 활성화 시간을 나타내는 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 접착제는 활성화시 1.0뉴턴 이상의 기재에 대한 초기 점착력을 나타내는 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 활성화 가능한 접착제는 활성화시 1시간 이상의 오픈 타임 (open time)을 나타내는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 활성화 유닛은, 상기 운반체가 활성화 유닛을 통해 활성화 가능한 라벨을 운반하는 방향으로 수직 배향된 복수의 에미터를 포함하는 열 활성화 유닛인 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 활성화 유닛은 열 활성화 유닛, 액체 활성화 유닛, 방사선 활성화 유닛, UV 활성화 유닛, 레이저 활성화 유닛, 압력 활성화 유닛, 소리 활성화 유닛 또는 이들의 조합인 인쇄 및 적용 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 프린터는 활판 (letterpress), 레이저, 오프셋, 그라비어, 플렉소그래픽, 실크 스크린, 잉크젯, 제로그래픽, 열, 직접 열, 부조 (relief), 전자그래픽 프린터, 이미지 라이팅 (image writing), 에칭 또는 자극제 반응성 매체 상에 자극제를 적용하여 기록하는 조각 장치 중 하나 이상인 인쇄 및 적용 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 레이아웃은 전형적인 선적 라벨용 정보를 갖는 영역, 및 광고, 판촉 정보, 할인 쿠폰, 콘텐츠 식별 및 선적의 수령인에게 맞춰진 메시지로 이루어진 군으로부터 선택되는 맞춤형 정보를 갖는 영역을 갖는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 활성화 가능한 라벨은 표면적 A 및 길이 L을 갖고, A 또는 L은 그 위에 인쇄된 동일한 정보를 갖는 사전 다이컷된 라벨보다 적은 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 프린터는 제 1 길이를 갖는 열 전사 리본의 롤을 갖는 열 전사 프린터이고;
상기 라벨 스톡의 롤은 제 2 길이를 가지며;
상기 제 2 길이는 상기 제 1 길이의 계수이거나 또는 동일한 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 페이스스톡은 종이, 코팅지, 폼, 폴리머 필름, 투명, 불투명, 반투명 또는 금속화 플라스틱 필름, 금속화지, 페이퍼백 호일, 금속 호일, 직물 (woven), 부직물 (non-woven), 천 (fabric), 강화재 및 재생지로부터 선택되는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 커터는 나이프, 다이 또는 레이저 커터 중 하나 이상인 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 라벨 스톡의 롤에 의해 전달되는 정보를 판독할 수 있는 센서를 추가로 포함하는 시스템. - 제 25 항에 있어서,
상기 정보는 바코드의 형태이며, 매체 식별, 활성화 온도, 필요한 잉크의 최소 농도, 사용되는 접착제의 유형, 추천 활성화 조건 또는 이들의 조합을 포함하는 시스템. - 제 26 항에 있어서,
상기 센서는 제어 시스템과 통신하여 상기 라벨 스톡의 롤에 의해 전달된 정보에 따라 상기 활성화 유닛 상에 적절한 세팅을 설정하고, 적절한 매체 식별 없이 매체를 거절하는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 어플리케이터 유닛은 분당 120 라벨 이상의 속도로 라벨링되는 물품의 흐름 상으로 활성화된 접착제를 갖는 라벨을 수신하고 배치하는 시스템. - 페이스스톡층; 및
상기 페이스스톡층의 100% 미만을 덮는 활성화 가능한 접착제층;
을 포함하는 활성화 가능한 접착제 라벨. - 제 29 항에 있어서,
상기 접착제는
i. 부틸 아크릴레이트, 스티렌, 메틸 메타크릴레이트, 메타크릴산, 아크릴산, 하나 이상의 다작용성 모노머 및 하나 이상의 사슬 이동제를 포함하는 접착제 베이스 폴리머,
ii. 가소제 및
iii. 점착제
를 포함하는 활성화 가능한 라벨. - 제 29 항에 있어서,
상기 접착제는 페이스스톡 상에 코팅된 패턴인 활성화 가능한 접착제 라벨. - 제 29 항에 있어서,
상기 페이스스톡층은 종이, 코팅지, 폼, 폴리머 필름, 투명, 불투명, 반투명 또는 금속화 플라스틱 필름, 금속화지, 페이퍼백 호일, 금속 호일, 직물, 부직물, 천, 강화재 및 재생지로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료로 만들어진 활성화 가능한 접착제 라벨. - 제 29 항에 있어서,
상기 라벨 페이스스톡은 매체 식별, 활성화 온도, 필요한 잉크의 최소 농도, 사용되는 접착제의 유형, 추천 활성화 조건 또는 이들의 조합을 포함하는 정보를 함유하는 표시 (indicia)를 추가로 전달하는 활성화 가능한 접착제 라벨. - 제 29 항에 있어서,
상기 라벨은 사전 천공된 활성화 가능한 접착제 라벨. - 종이 페이스스톡층; 및
수성계 활성화 가능한 접착제층;을 포함하는 활성화 가능한 접착제 라벨로서,
상기 활성화 가능한 접착제 라벨은 라벨링 공정을 통해 실질적으로 컬이 남아 있지 않은 활성화 가능한 접착제 라벨. - 페이스스톡 및 활성화 가능한 접착제층을 갖는 활성화 가능한 라벨 스톡의 롤의 사용 방법으로서, 상기 방법은
라벨의 흐름에 의해 전달되는 정보를 에이전트에 제공하는 단계;
상기 에이전트로부터 상기 라벨 상에 최적화된 레이아웃을 수신하는 단계;
상기 활성화 가능한 라벨 스톡의 롤 상에 최적화된 레이아웃을 인쇄하는 단계;
상기 최적화된 레이아웃에 따라 소정의 길이 또는 소정의 모양으로 각각의 라벨을 절단하여 활성화 가능한 라벨을 만드는 단계;
상기 접착제를 활성화하는 단계; 및
상기 활성화된 라벨을 대상의 흐름에 적용하는 단계를 포함하고,
상기 임의의 주어진 라벨의 소정의 길이 및 소정의 모양은 가변적일 수 있어, 2개 이상의 활성화 가능한 라벨에 대한 길이 또는 모양 또는 길이와 모양 모두가 상이한 방법. - 제 36 항에 있어서,
상기 제공하는 단계 및 수신하는 단계는 디지털 수단을 통한 것인 방법. - 제 36 항에 있어서,
상기 활성화하는 단계는 열 활성화 유닛, 액체 활성화 유닛, 방사선 활성화 유닛, UV 활성화 유닛, 레이저 활성화 유닛, 압력 활성화 유닛, 소리 활성화 유닛 또는 이들의 조합을 이용하여 수행되는 방법. - 제 36 항에 있어서,
상기 인쇄하는 단계는 활판 (letterpress), 레이저, 오프셋, 그라비어, 플렉소그래픽, 실크 스크린, 잉크젯, 제로그래픽, 열, 직접 열, 부조, 전자그래픽 프린터, 이미지 라이팅, 에칭 또는 자극제 반응성 매체 상에 자극제를 적용하여 기록하는 조각 장치 중 하나 이상을 사용하여 수행되는 방법. - 제 36 항에 있어서,
상기 레이아웃은 전형적인 선적 라벨용 정보를 갖는 영역, 및 광고, 판촉 정보, 할인 쿠폰, 콘텐츠 식별 및 선적의 수령인에게 맞춰진 메시지로 이루어진 군으로부터 선택되는 맞춤형 정보를 갖는 영역을 갖는 방법. - 제 36 항에 있어서,
상기 활성화 가능한 라벨은 표면적 A 및 길이 L을 갖고, A 또는 L은 그 위에 인쇄된 동일한 정보를 갖는 사전 다이컷된 라벨보다 적은 방법. - 제 36 항에 있어서,
상기 활성화 가능한 접착제는
i. 부틸 아크릴레이트, 스티렌, 메틸 메타크릴레이트, 메타크릴산, 아크릴산, 하나 이상의 다작용성 모노머 및 하나 이상의 사슬 이동제를 포함하는 접착제 베이스 폴리머,
ii. 가소제 및
iii. 점착제
를 포함하는 방법. - 제 36 항에 있어서,
상기 인쇄하는 단계는 인라인, 오프라인 또는 이들의 조합으로 수행되는 방법. - 제 36 항에 있어서,
상기 활성화 가능한 라벨 스톡의 롤은 사전 인쇄된 정보를 전달하는 방법. - 제 36 항에 있어서,
상기 인쇄하는 단계 및 상기 활성화하는 단계는 동일한 자극제를 사용하여 페이스스톡 상에 인쇄하고 접착제층을 활성화시키며; 상기 인쇄하는 단계는 상기 활성화하는 단계 전에 또는 활성화하는 단계와 동시에 수행되는 방법. - 제 36 항에 있어서,
상기 임의의 주어진 라벨에 대한 레이아웃은 가변적일 수 있는 방법. - 제 36 항에 있어서,
상기 활성화된 라벨을 대상의 흐름에 적용하는 단계는 분당 120 라벨 이상의 속도로 적용되는 방법. - 2개 이상의 라벨 상에 가변적 길이 또는 가변적 정보를 갖는 접착제 라벨의 흐름을 만들고 적용하는 방법으로서, 상기 방법은
라벨의 흐름에 의해 전달되는 정보를 제공하는 단계;
상기 라벨 상에 최적화된 레이아웃을 만드는 단계;
활성화 가능한 라벨 스톡의 롤 상에 최적화된 레이아웃을 인쇄하는 단계;
상기 최적화된 레이아웃에 따라 소정의 길이 및 소정의 모양으로 각각의 라벨을 절단하는 단계;
상기 접착제를 활성화하는 단계; 및
상기 활성화된 라벨을 대상의 흐름에 적용하는 단계를 포함하고,
상기 임의의 주어진 라벨의 소정의 길이 및 소정의 모양은 가변적일 수 있어, 2개 이상의 활성화 가능한 라벨에 대한 길이 또는 모양 또는 길이와 모양 모두가 상이한 방법. - 제 48 항에 있어서,
상기 활성화하는 단계는 열 활성화 유닛, 액체 활성화 유닛, 방사선 활성화 유닛, UV 활성화 유닛, 레이저 활성화 유닛, 압력 활성화 유닛, 소리 활성화 유닛 또는 이들의 조합을 이용하여 수행되는 방법. - 제 48 항에 있어서,
상기 인쇄하는 단계는 활판, 레이저, 오프셋, 그라비어, 플렉소그래픽, 실크 스크린, 잉크젯, 제로그래픽, 열, 직접 열, 부조, 전자그래픽 프린터, 이미지 라이팅, 에칭 또는 자극제 반응성 매체 상에 자극제를 적용하여 기록하는 조각 장치 중 하나 이상을 이용하여 수행되는 방법. - 제 48 항에 있어서,
상기 레이아웃은 전형적인 선적 라벨용 정보를 갖는 영역, 및 광고, 판촉 정보, 할인 쿠폰, 콘텐츠 식별 및 선적의 수령인에게 맞춰진 메시지로 이루어진 군으로부터 선택되는 맞춤형 정보를 갖는 영역을 갖는 방법. - 제 48 항에 있어서,
상기 활성화 가능한 라벨은 표면적 A 및 길이 L을 갖고, A 또는 L은 그 위에 인쇄된 동일한 정보를 갖는 사전 다이컷된 라벨보다 적은 방법. - 제 48 항에 있어서,
상기 활성화 가능한 접착제는
i. 부틸 아크릴레이트, 스티렌, 메틸 메타크릴레이트, 메타크릴산, 아크릴산, 하나 이상의 다작용성 모노머 및 하나 이상의 사슬 이동제를 포함하는 접착제 베이스 폴리머,
ii. 가소제 및
iii. 점착제
를 포함하는 방법. - 제 48 항에 있어서,
2개 이상의 대상의 흐름은 크기, 모양 또는 재료가 상이한 방법. - 제 48 항에 있어서,
상기 활성화된 라벨은 실질적으로 컬이 없는 방법. - 제 48 항에 있어서,
상기 인쇄하는 단계는 온라인, 오프라인 또는 이들의 조합으로 수행되는 방법. - 제 48 항에 있어서,
상기 활성화 가능한 라벨 스톡의 롤은 사전 인쇄된 정보를 전달하는 방법. - 제 48 항에 있어서,
상기 인쇄하는 단계 및 상기 활성화하는 단계는 동일한 자극제를 사용하여 페이스스톡 상에 인쇄하고 접착제층을 활성화시키며; 상기 인쇄하는 단계는 상기 활성화하는 단계 전에 또는 활성화하는 단계와 동시에 수행되는 방법. - 제 48 항에 있어서,
상기 임의의 주어진 라벨에 대한 레이아웃은 가변적일 수 있는 방법. - 제 48 항에 있어서,
상기 활성화된 라벨을 대상의 흐름에 적용하는 단계는 분당 120 라벨 이상의 속도로 수행되는 방법.
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