Diese Erfindung bezieht sich auf Pappe-Laminatstrukturen, die ein
verbessertes Heißsiegel an einen Schmelzklebstoff besitzen. Die Laminatstruktur
enthält einen anorganischen Füllstoff, der in ein Polyolefin geladen ist, um den
Wärmetransfer und die Bindungsstärke des Schmelzklebstoffs an die Laminatstruktur
bei niedrigeren Temperaturen als das Polyolefin allein zu vergrössern.
Hintergrund der Erfindung
Zahlreiche Beschichtungen wurden auf Pappe-Substrate aufgebracht,
um Verbundmaterialien bereitzustellen, die für verschiedene Zwecke verwendet werden
können. Insbesondere wurden Polyethylen-Beschichtungen auf Pappe-Substrate als eine
heiss-siegelnde Schicht für die Verwendung bei der Konstruktion von Pappebehältern
aufgebracht. In bestimmten Anwendungen ist es erwünscht, Schmelzklebstoffe (auch
genannt Schmelzleime) zum Zusammenbinden von mehreren Oberflächen zu verwenden.
Beispiele derartiger Anwendungen umfassen die Anordnung eines Griffs auf der Seitenwand
des Behälters oder die Kombination mehrerer Behälter zusammen zum Verkauf als eine
einzelne Einheit (im allgemeinen bezeichnet als ein „Multipak").
In diesen Anwendungen ist es wichtig, dass die Siegel-(oder Bindungs-)Qualität
des Pappe-Substrats an das angrenzende Material (über den Schmelzklebstoff) stark
ist. Eine Fehlfunktion des Siegels kann zur Trennung der Behälter während der Versendung
an den Kunden oder Trennung des Griffes von der Packung während des Anhebens führen.
Als eine Qualitätskontrolleprüfung bewertet man typischerweise das Siegel durch
Reißproben und Bestimmen des Prozentsatzes von Faserriß innerhalb der Siegelfläche.
Weniger als 100 % Faserriß zeigt ein nicht ausreichendes Siegel an, um sicherzustellen,
dass die Multipak-Einheiten oder Griffelemente während der Versendung und der Verwendung
durch den Verbraucher angebracht bleiben.
Existierende kommerzielle Materialien, die zum Herstellen von Pappe-Substraten
dieses Typs verwendet werden, nutzen nur Polyethylen. Während eine Polyethylenbeschichtung
allein als ein Bindungssubstrat wirksam sein kann, können Fehlfunktionen auf dem
Gebiet auftreten, falls ein genauer Aufbau der Schmelz-Aufbringung nicht sichergestellt
ist. Übliche Grundursachen für diese Fehlfunktionen umfassen nicht ausreichende
Temperatur des Schmelzklebstoffs, falsche Menge (oder verringerte Quantität) des
auf die Oberfläche aufgebrachten Klebstoffs und falsche Auswahl des spezifischen
Reinheitsgrads des verwendeten Schmelzklebstoffs. Lösungen für diese Punkte umfassen
das Vergrössern der Menge von Schmelzklebstoff, der auf die Leimfläche aufgebracht
wird und/oder Vergrössern der Temperatur des Schmelzklebstoffs und/oder Ändern des
Schmelzklebstoffs. Obwohl diese Verfahren die Siegelqualität verbessern, sind sie
typischerweise nicht bevorzugt, weil sie mehrere Vorräte von Schmelzklebstoffen
abhängig von der Anwendung, eine verstärkte Nutzung eines Schmelzklebstoffs mit
vergrösserten Kosten oder eine Modifikation am Schmelz-Applikator, um höhere Temperaturen
zu ermöglichen, erfordern. Zusätzlich kann das Erhöhen der Temperatur des Schmelzklebstoffs
eine Verschlechterung verursachen (Räuchern und schwarze Spezifikationen).
DE-A-3324830 offenbart ein Laminat, umfassend eine Pappe, eine Polyolefinschicht,
die einen anorganischen Füllstoff enthält und die auf der äußeren Oberfläche der
Pappe geschichtet ist, und einen Schmelzklebstoff, der auf der Polyolefinschicht
aufgebracht ist. Die Polyolefinschicht kann weiter einen anorganischen Füllstoff
enthalten.
Es ist deshalb eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Material bereitzustellen,
das ein verbessertes Siegel- und Bindungssubstrat für Schmelzklebstoffe anbietet
und diese Probleme überwindet.
Gefüllte Polyolefine sind beim Extrusionsbeschichten gut bekannt.
Allgemeine Verwendungen für Füllstoffe innerhalb von Polymeren umfassen eine Modifikation
der Oberflächenglätte, des Reibungskoeffizienten, ein verbessertes Heißsiegel während
einer Selbst-Adhäsion, freie Oberflächenenergie und eine verbesserte Beschichtungs-an-Substrat-Adhäsion
während des Extrusionsbeschichtens (wie Polyethylen an Pappe). Es wird kein Bezug
in der vorhandenen Technik auf die Verwendung von gefüllten Polymeren zum Verbessern
der Bindung des Schmelzklebstoffs an gefüllte Polymere gemacht.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt ein gefülltes
Polyolefin(Polyethylen)-Laminatmaterial, das eine verbesserte Bindungs-Leistungsfähigkeit
an Schmelzklebstoffe im Vergleich zu existierendem Polyolefin(Polyethylen)-Substraten
bereitstellt.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 ist eine Querschnittsdarstellung einer
bevorzugten Ausführungsform des Laminats der vorliegenden Erfindung; und
2 ist eine Querschnittsdarstellung einer
zusätzlichen bevorzugten Ausführungsform des Laminats der vorliegenden Erfindung.
Detailierte Beschreibung der Erfindung
Eine Laminatstruktur ist offenbart, die die Bindungsleistungsfähigkeit
an Schmelzklebstoffe über existierende Polyolefin(Polyethylen)-Substrate verbessert.
Verwendungen für diese Erfindung umfassen die Anbringung von Griffen an Behälter,
die mit einer beschichteten Pappe hergestellt sind, und die Kombination mehrer Behälter
in einer einzelnen Einheit (ein Multipak). Andere Verwendungen für diese Technologie
werden in Betracht gezogen, und jene Fachleute würden fähig sein, dieselben zu bestimmen
und zu berücksichtigen. Alle Gewichte sind in Pfund pro 3000 Quadratfuß ausgedrückt.
Es wird auf 1 Bezug genommen, die bevorzugte
Struktur 5 enthält ein Pappe-Substrat 10 (1–300 lbs), an
das auf einer Seite eine Beschichtung einer Polyolefinpolymerschicht 12
mit einem Beschichtungsgewicht von 5–40 lbs und bevorzugt ungefähr 12 lbs
aufgebracht ist, die ein anorganisches Füllstoffmaterial enthält. Der Füllstoff
kann sein, ist aber nicht beschränkt auf Calciumcarbonat, Titandioxid, Talk, Ton,
kohlenstoffhaltige Erde, Glasskügelchen, Pigmente oder anderes anorganisches Material.
Die Beladung des Füllstoffes kann von 1 bis 40 %, mit einer bevorzugten Menge von
15 %, reichen. Und ein Schmelzklebstoff 14 wird dann auf der Polyolefin
enthaltenden Füllstoffschicht 12 aufgebracht.
Es wird auf 2 Bezug genommen, eine alternative
bevorzugte Struktur 25 enthält ein Pappe-Substrat 30 (1–30
lbs), auf das auf einer Seite eine Beschichtung eines Polymers 32 aufgebracht
ist. Diese Beschichtung kann eine Monolagen-Extrusion oder eine Koextrusion mehrerer
Schichten vor einem Mantel der Schicht 34 umfassen. Die Schicht
34 ist ein Polyolefinmaterial mit einem Beschichtungsgewicht von 5–40
lbs und bevorzugt ungefähr 12 lbs, das ein anorganisches Füllstoffmaterial enthält.
Das Füllstoffmaterial hoher Wärmekapazität kann sein ist aber nicht beschränkt auf
Calciumcarbonat, Titandioxid, Talk, Ton, kohlenstoffhaltige Erde, Glasskügelchen
und Pigmente. Die Ladung des Füllstoffes kann reichen von 1–40 Gew.-%, mit
einer bevorzugten Menge von 15 %. Und ein Schmelzklebstoff 36 wird dann
auf der Polyolefin enthaltenden Füllstoffschicht 34 aufgebracht.
Das in Schicht 12 oder Schicht 34 verwendete Polyolefin
kann sein ist aber nicht beschränkt auf Polyethylen niedriger Dichte, lineares Polyethylen
niedriger Dichte, Polyethylen hoher Dichte, Polypropylen und Mischungen davon.
Beispiel:
Ein Behälter wurde hergestellt unter Verwenden einer Struktur, die
mit dem Format des Laminats 5 in 1 konsistent
ist. Das Laminat umfasste ein Pappematerial eines Basisgewichts von 212 lbs/3msf,
das mit 12 lbs/3msf Polyethylen, gemischt mit 15 % Ladung in Bezug auf das Gewicht
des Calciumcarbonats beschichtet war. Zusätzlich war die entgegengesetzte Oberfläche
der Struktur eine Kombination von Barrierenmaterialien und Polyethylen. Man begegnete
keinen Schwierigkeiten während der Herstellung der gefüllten Polyethylenschicht
über Extrusionsbeschichtung. Papperollen wurden in gedrückte Literkartons mit Giebeldeckel
umgewandelt. Ein kommerziell erhältlicher Karton, der kein Calciumcarbonat enthielt,
wurde auch getestet.
Eine Barber-Colman-Heißsiegeltestmaschine wurde verwendet, um die
Selbstsiegel-Natur der Konstruktion zu bewerten. Die Barber-Colman benutzte zwei
geheizte Backen, um die Probe durchzuerwärmen, um die Grenzflächentemperatur anzuheben,
damit ein Heißsiegel erzeugt werden konnte. Nach dem Erwärmen auf die angezeigte
Temperatur für 30 Sekunden werden die Proben entfernt und man lässt sie dann abkühlen.
Von einem Heißsiegel für Polymermaterialien wird typischerweise als
Heißklebstoff (geschmolzene Polymere werden in Kontakt angeordnet und dann getrennt)
oder als Heißsiegelstärke (Kraft, die zum Trennen von Proben nach
dem Kühlen erforderlich ist) berichtet. In Pappe-Anwendungen wird die Bindungsqualität
als eine Funktion des Prozentsatzes an Faserriß der Pappe bewertet, denn die Pappefasern
zerreissen vor der Polymertrennung an der Grenzfläche.
Die Bindungsqualität wird beurteilt durch Einstufen des Grads von
Faserriß innerhalb der Siegelfläche (als ein Prozentsatz der Siegelfläche). Die
Ergebnisse dieses Testens sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Der Vergleich zeigt,
dass Polyethylen, das mit 15 Gew.-% Calciumcarbonat beladen ist, die Temperatur
um 20°F (11.1°C) verringert, die zum Erreichen eines 100%-igen Faserriß-Siegels
erforderlich ist, im Vergleich zu einer Kontrollprobe, die keinen Füllstoff enthielt.
Dies ist bemerkenswert insofern, als das Anheben der Temperatur des Schmelzklebstoffs
nicht erforderlich ist, um ein Siegel zu erreichen, wenn der Füllstoff verwendet
wird.
Tabelle 1 ist ein Vergleich des Laminat-an-Laminat-Heißsiegels der
Erfindung im Vergleich zu mehreren anderen Polyethylenmaterialien.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Tests wurden diese Proben unter
Verwenden einer kommerziellen Multipak-Vorrichtung bewertet, die Schmelzklebstoff
auf das Substrat aufbringt, um das Substrat an eine Pappe-Umhüllung zu binden, die
mehrere Behälter zusammenhält. Für die Zwecke dieses Testens ließ man den Schmelzklebstoff
vor der Trennung und der Bestimmung der Bindungsqualität (wie gemessen durch Prozentsatz
Faserriß) abkühlen. Die Ergebnisse dieses Testens für eine Vielfalt von Proben sind
in Tabelle 2 bei zwei verschiedenen Temperaturen gezeigt.
Tabelle 2 ist ein Vergleich des Laminat-an-Schmelzklebstoffs der Erfindung,
im Vergleich zu mehreren anderen Polyethylenmaterialien.
Diese Ergebnisse zeigen, dass eine grosse Schwankung in der Bindungs-Leistungsfähigkeit
(Prozentsatz Faserriß) in der Kontrolle beobachtet wird. Zusätzlich war sie, obwohl
das Anheben der Temperatur des Schmelzklebstoffs die Siegel-Leistungsfähigkeit verbesserte,
nicht kommerziell akzeptabel. Im Gegensatz dazu zeigten die Substrate, die unter
Verwenden von Polyethylen erzeugt wurden, das mit 15 Gew.-% Calciumcarbonat
beladen war, einen 100%-igen Faserriß.
Während die bevorzugten Ausführungsformen der Kartonstruktur gemäß
der offenbarten Erfindung beschrieben worden sind, wird es jenen Fachleuten offenbar
sein, dass Modifikationen, Hinzufügungen und Weglassungen durchgeführt werden können,
ohne vom Umfang der Erfindung, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert ist,
abzuweichen.
Anspruch[de]
Laminat mit:
a) einem Pappe-Substrat mit einer äußeren und einer inneren Oberfläche;
b) einer Schicht eines Polyolefins, das einen anorganischen Füllstoff enthält und
auf der äußeren Oberfläche des Pappe-Substrats geschichtet ist; und
c) einem Schmelzklebstoff, der auf dem Polyolefin aufgebracht ist, das den anorganischen
Füllstoff enthält.
Laminat nach Anspruch 1, bei dem das Polyolefin ein Polyethylen niedriger
Dichte, ein lineares Polyethylen niedriger Dichte, ein Polyethylen hoher Dichte,
Polypropylen oder Mischungen davon ist.
Laminat nach Anspruch 1, bei dem der anorganische Füllstoff Calciumcarbonat,
Titandioxid, Talk, Ton, kohlenstoffhaltige Erde, Glaskügelchen oder Pigmente ist.
Laminat nach Anspruch 3, bei dem der anorganische Füllstoff von 1 bis
40 Gew.-% der Schicht aus Polyolefin, das den anorganischen Füllstoff enthält, ausmacht.
Laminat nach Anspruch 3, bei dem der anorganische Füllstoff 15 Gew.-%
der Schicht aus Polyolefin, das den anorganischen Füllstoff enthält, ausmacht.
Laminat nach Anspruch 1, weiter umfassend mindestens ein anderes Polyolefin,
das auf der inneren Seite des Pappe-Substrates vor dem Beschichten mit dem Polyolefin,
das den anorganischen Füllstoff enthält, geschichtet ist.