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Trockenzellenbatterien sind die gebräuchlichsten tragbaren Quellen für elektrische Energie. Sie umfassen Blitzlicht-, Werkzeug-, Spielzeug- und Instrumentenbatterien und dergleichen. Trocken- zellenbatterien kommen in vielen verschiedenen Konfigurationen und mit vielen verschiedenen Ausgangsspannungen vor und können Batterien für einmaligen oder mehrmaligen Gebrauch sein.
Die gebräuchlichsten Grössen sind die "AA"-, "AAA"-, "C"-, "D"- und "9 Volt"-Batterien. Die Batterien der AA-, AAA-, C- und D-Grössen verwenden zusammen mit anderen Konfigurationen wenigstens ein gezogenes metallisches zylindrisches Gehäuse, wovon ein Ende als positiver Pol dient und ein weiteres Ende als negativer Pol dient. Der positive Pol ist vom negativen Pol durch einen Isolator getrennt.
In frühen Batterien wurden Graphiken, die für die Angabe von Batterieinformationen für den Verbraucher verwendet wurden, auf das Batteriegehäuse aufgebracht. Anschliessend wurden die Graphiken auf metallisierte Papierbeschichtungen für das Gehäuse der Batterie aufgebracht. Die letzteren sind nun weitgehend durch Etiketten ersetzt worden, die auf der Verwendung mehrerer Schichten oder Lagen aus Polymer-Schrumpffilmen basieren, wobei das gebräuchlichste Polymer- material Polyvinylchlorid ist. Die verwendeten Mehrschichtkonstruktionen waren sogenannte "Triplex"- und "Duplex"-Konstruktionen, wobei Triplex am gebräuchlichsten ist.
Wie aus der mit "Stand der Technik" betitelten Zeichnung ersichtlich ist, besteht die Triplex- Konstruktion aus einem Verbundlaminat aus einer ersten wärmeschrumpfbaren, selbsttragenden polymeren Polymerfilmschicht (2), auf die eine Schicht aus Metall (4) aufgebracht ist, die norma- lerweise durch Dampfabscheidung gebildet wird und der eine zweite selbsttragende, wärme- schrumpfbare Polymerfilmschicht (2'), eine Graphikschicht (6) und eine obere Schutzschicht aus einer weiteren selbsttragenden, wärmeschrumpfbaren Polymerfilmschicht (2") hinzugefügt sind.
Auf die Unterseite der Filmschicht (2) ist eine druckempfindliche Klebeschicht (8) aufgebracht.
In der Duplex-Konstruktion ist die erste wärmeschrumpfbare Zwischenpolymerschicht (2') weggelassen, um ein Laminat aus einer ersten wärmeschrumpfbaren Polymerfilmschicht (2), auf der eine metallisierte Schicht (4), eine pigmentierte Schicht (6) und die wärmeschrumpfbare Poly- merschicht (2") vorgesehen sind, zu schaffen. Wiederum ist die wärmeschrumpfbare Polymer- filmschicht (2) an ihrer Unterseite mit der druckempfindlichen Klebeschicht (8) beschichtet. In jeder der Konstruktionen ist es dann, wenn die Haftung insbesondere zwischen der selbsttragenden wärmeschrumpfbaren Polymerschicht und einer Metallschicht gering ist, üblich gewesen, eine Klebstoffschicht zu verwenden, um die Stärke der Haftung zu erhöhen.
Mehrschichtklebeetikett- Konstruktionen sind beispielsweise in den US-Patenten 4. 801.514, 4. 911.994, 5.032.477, 5. 262.251 und 5. 312.712 an Will u. a. beschrieben, welche hier jeweils durch Literaturhinweis eingefügt sind.
Es sind Versuche unternommen worden, die Metallschicht nicht mehr zwischen Schichten eines selbsttragenden wärmeschrumpfbaren Polymerfilms, sondern zwischen einer wärme- schrumpfbaren Pofymefilmschicht und der Schicht aus einem druckempfindlichen Klebstoff anzuordnen. Eine solche Konstruktion, die nicht die Verwendung von Schrumpf-Polymerfilmen umfasst, ist in dem US-Patent 5. 292.566 an Sharklett, 111 das hier durch Literaturhinweis eingefügt ist, beschrieben Eine bedeutende Einschränkung dieser Konstruktion ist jedoch, dass die Haftung des Metalls an der Polymerschicht gering ist und dass die Metallschicht zur Rissbildung aufgrund von prozessgekoppelten Stosskräften neigt, welche verwendet werden, um Los- und Datumscode-
Informationen auf dem Etikett aufzubringen.
Es ist bekannt, dass Abschnitte der zerbrochenen
Metallschicht in die verhältnismässig weiche druckempfindliche Klebeschicht eindringen und die
Batterie kurzschliessen, wodurch elektrische Energie abgeführt wird.
Ein weiterer Lösungsweg, der kommerziell beschritten worden ist, ist die Ersetzung der oberen
Schicht des wärmeschrumpfbaren Polymerfilms (2") durch einen UV-gehärteten Lack gewesen.
Diese Konstruktion ist in dem US-Patent 5. 190.609 an Lin u. a., das hier durch Literaturhinweis eingefügt ist, beschrieben. Diese Etiketten sind jedoch nur in beschränktem Mass angenommen worden, da sich die Beschichtung als eine schwache Verbindung erwiesen hat, die einen geringen
Abriebwiderstand und eine geringe Beständigkeit gegenüber Veränderungen der Umgebungsbe- dingungen zeigt.
Mehrschichtkonstruktionen weisen auch Probleme hinsichtlich der Anpassung der Schrumpf- eigenschaften der mehreren Polymerfilme auf, so dass bei der Wärmeschrumpfung zwischen benachbarten wärmeschrumpfbaren Polymerfilmschichten kein Schlupf auftritt. Wenn diese
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Anpassung nicht gegeben ist, können eine Verzerrung der Graphik, eine Kräuselung und ein mögliches Aufblättern auftreten. Die Duplex-Konstruktion hat ausserdem Probleme eines Abhebens des Etiketts vom Batteriegehäuse sowie einer schnellen umweltbedingten Alterung gezeigt.
Es wäre wünschenswert, eine druckempfindliche einlagige Klebekonstruktion zum Einhüllen des Gehäuses einer Batterie zu schaffen. Eine einlagige Konstruktion wäre billiger als derzeit verwendete Mehrschichtetikett-Konstruktionen.
Damit ein einlagiges Batterieetikett zweckdienlich ist, muss es eine Lebensdauer von mehr als fünf Jahren besitzen, ohne Beeinträchtigungen zu zeigen, wenn es Umgebungsbeanspruchungen einschliesslich jenen unterliegt, unter denen es z. B. zyklisch Temperaturen von mehr als 150 F und Feuchtigkeiten von angenähert 100 % ausgesetzt ist. Genauer muss ein einlagiges Etikett Härten bei der Herstellung ohne weiteres widerstehen, ohne andere Lagen nutzen zu können, deren Eigenschaften verwendet werden könnten, um die Eigenschaften einer Einzellage zu ergän- zen oder abzuwandeln, um Herstellungs- und Umgebungsbeanspruchungen zu berücksichtigen.
Folglich besteht in der Technik nach wie vor ein Bedarf an einem wirksamen einlagigen Etikett, trotz der Kosten- und Produktionsvorteile sowie des Vorteils, dass eine einlagige Etikettkonstruktion das zweckdienliche Batterievolumen maximal macht, indem die Dicke des Etiketts reduziert ist, wodurch der Batteriehersteller in eine Gesamtbatteriekonstruktion mit festen äusseren Abmessun- gen mehr Energie packen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäss der vorliegenden Erfindung werden einlagige Etiketten für Trockenzellenbatterien geschaffen, die einen Umfangsmantel bilden und wovon gegenüberliegende Enden einen Kern für elektrische Gleichstromenergie einschliessen. Das Etikett ist aus einer Oberseitenlage oder einem Träger aus einem lichtdurchlässigen, selbsttragenden, monoaxial orientierten, wärmeschrumpf- baren Polymerfilm mit einer Breite und einer Länge gebildet. Die Breite des Trägers ergibt an dessen Enden eine erste und eine zweite Kante, die sich longitudinal gegenüberliegen, wobei die Breite ausreicht, damit der Träger das Gehäuse der Batterie umschliesst, so dass die erste Kante und die zweite Kante sich wenigstens aneinanderstossend treffen.
Die Länge des Trägers reicht aus, damit der Träger über die Länge des Batteriegehäuses hinaussteht und an seinen Enden eine erste und eine zweite Umfangskante schafft, die einander gegenüberliegen und so beschaffen sind, dass sie sich dann, wenn sie um ein Batteriegehäuse gewickelt sind, über die Länge des Batteriegehäuses hinaus erstrecken. Auf die untere Oberfläche des Trägers ist eine lichtun- durchlässige, alkaliresistente, elektrisch nichtleitende, pigmentierte Schicht gedruckt, die irgend- welche auf die untere Oberfläche des Trägers gedruckten visuellen Hinweise bedeckt.
Wenigstens über die Länge der ersten und zweiten Kanten des Trägers, vorzugsweise längs der Umfangslinie des Trägers, erstreckt sich eine elektrisch nichtleitende, druckempfindliche Klebeschicht, die sich von den mehreren gegenüberliegenden Kanten des Trägers ausreichend weit nach innen erstreckt, um einen Klebekontakt mit dem Umfangsgehäuse der Batterie wenigstens an jedem gegenüber- liegenden Ende der Batterie sicherzustellen. Vorzugsweise erstreckt sich der druckempfindliche
Klebstoff über die gesamte pigmentierte Schicht. Der druckempfindliche Klebstoff besitzt eine ausreichende Scher- oder Kohäsionsfestigkeit, um eine Wärmeschrumpfung des Trägers wenig- stens längs des Umfangs der Batterie zu vermeiden, und eine ausreichende Abschälhaftung, um ein Abheben des Etiketts vom Gehäuse der Batterie auf der Länge der Batterie zu vermeiden.
Das Etikett wird auf die äussere Oberfläche des Gehäuses der Batterie aufgebracht und hält am
Gehäuse durch Kontakt des druckempfindlichen Klebstoffs. Das Etikett wird anschliessend um das
Batteriegehäuse gewickelt, wobei die erste und die zweite Kante wenigstens aneinanderstossen und die dritte und die vierte Kante über das Batteriegehäuse vorstehen. Die vorstehenden Enden des Etiketts werden durch Wärmeeintrag in den wärmeschrumpfbaren Film zum Schrumpfen veranlasst, um sich über die gegenüberliegenden Enden der Batterie zu wickeln.
Die pigmentierte Schicht wird in dieser Erfindung als alkaliresistent angesehen, falls sie gegenüber der Wirkung von 7,2N KOH für 24 Stunden in einem Eintauchtest undurchdringbar ist, und als elektrisch beständig angesehen, falls der Widerstand grösser als ungefähr 560 Megaohm (560x106 Ohm) ist.
Der derzeit bevorzugte Klebstoff ist ein druckempfindlicher Acrylklebstoff auf Lösungs-
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mittelbasis. Es können auch druckempfindliche Emulsionsklebstoffe oder heissgeschmolzene Kleb- stoffe wirksam verwendet werden. Derzeit wird bevorzugt, dass der druckempfindliche Klebstoff eine Abschälfestigkeit oder Abschälhaftung von wenigstens ungefähr 2 Pli (Pfund pro Zoll), vorzugsweise ungefähr 2 bis 5 Pli, eine Scherfestigkeit von wenigstens 4000 min, vorzugsweise zwischen ungefähr 4000 und ungefähr 10000 min, sowie eine Schleifenklebrigkeit von wenigstens ungefähr 2 Pli, vorzugsweise ungefähr 2 bis ungefähr 4 Pli, besitzt.
Der bevorzugte Träger besitzt in Umfangsrichtung einen Schrumpfkoeffizienten von bis zu ungefähr 60 %, vorzugsweise ungefähr 20 % bis ungefähr 60 % und stärker bevorzugt ungefähr 40-50 %. Die Schrumpfung erfolgt in Breitenrichtung des Trägers. Der derzeit bevorzugte Träger ist ein lichtdurchlässiger, monoaxial orientierter Polyvinylchloridfilm mit einer Dicke von ungefähr 2 Millizoll
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Der mit "Stand der Technik" betitelte Abschnitt der Zeichnungen zeigt Triplex- und Duplex- Etikettenkonstruktionen, die derzeitige Klebstoffbatterieetikett-Konstruktionen repräsentieren.
Fig 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Einzelheiten der Schichten des einlagigen Etiketts der vorliegenden Erfindung zusammen mit der Beziehung des Etiketts zum Batteriegehäuse
Fig. 1A zeigt die gleiche Konstruktion wie in Fig. 1, mit der Ausnahme, dass sich die Klebstoff- schicht längs des Umfangs des Etiketts erstreckt.
Fig. 2 zeigt ein einlagiges Etikett der vorliegenden Erfindung, das um die Umfangsfläche der Batterie aneinanderstossend gewickelt ist.
Fig. 3 zeigt die Wärmeschrumpfung der über gegenüberliegende Enden der Batterie vor- stehenden Enden des Etiketts durch Wärmeeintrag.
Fig. 4 zeigt eine Einrichtung zum Etikettieren von Batterien unter Verwendung der einlagigen Etiketten der vorliegenden Erfindung
Genaue Beschreibung
Gemäss der vorliegenden Erfindung werden einlagige Etiketten für Trockenzellenbatterien sowie mit derartigen Etiketten umhüllte Batterien geschaffen.
Batterien, die mit einlagigen Etiketten der vorliegenden Erfindung eingehüllt werden sollen, umfassen zylindrische Batterien mit "AA"-, "AAA"-, "C"- und "D"-Grösse Die Länge der für derartige
Batterien verwendeten Etiketten übersteigt die Länge der Batterie und ermöglicht, dass die Enden der Etiketten dann, wenn sie geschrumpft sind, über und auf die gegenüberliegenden Enden einer Batterie umgeklappt sind. Die Etiketten der vorliegenden Erfindung können auch für irgendwelche anderen Trockenzellenbatterie-Konstruktionen verwendet werden, die keine elektrischen Betrach- tungen der zylindrischen Batterien mit AA-, AAA-, C- und D-Grösse erfordern. Andere derartige
Batteriekonfigurationen umfassen die verbreiteten 9-Volt-Batterien, sie sind jedoch nicht darauf eingeschränkt.
Wie in den Fig. 1, 1A, 2 und 3 gezeigt ist, besteht eine typische zylindrische Trockenzellen- battene 10 aus einem Kern 12 für elektrische Energie, der zweckmässig aus einem alkalischen
Material und aus einer Elektrode 14 gebildet ist. Beide sind von einem zylindrischen Mantel 16 um- schlossen, der einen Endkappenanschluss 18 mit positivem Pol und einen Endkappenanschluss 20 mit negativem Pol schafft. Der positive Pol ist mit dem Kern 12 elektrisch verbunden, während der negative Pol mit der Elektrode 14 elektrisch verbunden ist. Das Gehäuse 16 ist von der Endkappe
20 durch einen ringförmigen Isolator 22 aus einem geeigneten nichtleitenden Material isoliert Ab- schnitte der positiven und negativen Endkappenpole 18 bzw. 20 sind mit dem einlagigen Batterie- etikett 24 der vorliegenden Erfindung in Kontakt.
Wie in den Fig. 1 und 1A dargestellt ist, besteht das einlagige Batterieetikett 24 aus drei Haupt- schichten : einer selbsttragenden, wärmeschrumpfbaren Schicht 26 ; einergetragenen, alkaliresis- tenten, pigmentierten Schicht 28, die wenigstens in Bereichen, in denen sie sich über die Batterie- segmente 16 und 20 des Batteriegehäuses erstreckt, elektrisch nichtleitend ist ; eine getragene druckempfindliche Klebstoffschicht 30, die wenigstens über den Elementen 16 und 20 des
Batteriegehäuses elektrisch nichtleitend ist. Die druckempfindliche Klebstoffschicht 30 muss sich
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längs erster und zweiter Kanten 32 und 34, die parallel zur Längsachse der Batterie gezeigt sind, erstrecken. Die Kanten 32 und 34 müssen aneinanderstossen und können überlappen.
Der Kleb- stoff ist in der Weise vorgesehen, dass an jeder der vier Kanten ein druckempfindlicher Klebstoff mit dem Batteriegehäuse in Kontakt ist. Es ist wünschenswert, dass sich der druckempfindliche Kleb- stoff, wie in Fig. 1A gezeigt ist, längs des Umfangs des Etiketts 24 erstreckt, d. h. erste und zweite Kanten 32 und 34 sowie dritte und vierte Kanten 36 und 38 schafft. Typischerweise erstreckt sich die druckempfindliche Klebstoffschicht 30, wie in Fig. 1 gezeigt ist, über die gesamte Oberfläche der Schicht 26. Die druckempfindliche Klebstoffschicht 30 ist wenigstens dort elektrisch nicht- leitend, wo sie mit den Elementen 18 und 20 in Kontakt ist, um eine elektrische Senke vom positiven Pol zum negativen Pol der Batterie zu vermeiden.
Die pigmentierte Schicht 26 und die Oberseitenlage oder der Träger 26 aus wärmeschrumpfbarem Polymer sind dort, wo sie mit den beiden Polen der Batterie 10 in elektrischem Kontakt sind, ebenfalls elektrisch nichtleitend. Die nichtleitende pigmentierte Schicht, die frühere zerbrechliche, vakuumaufgedampfte Metallschichten ersetzt, ist für die Verwendung eines Einzelschichtträgers kritisch.
Ein weiterer Schlüssel zu der Fähigkeit, ein einlagiges Batterieetikett zu schaffen, ist die richtige Wahl der Oberseitenlage mit den Produktionsparametern im Hintergrund. Es muss mit einer einzelnen selbsttragenden Schicht, nämlich der Oberseitenlage, unter die die Graphik gedruckt ist, wobei auf die darunter gedruckte Graphik der Klebstoff aufgebracht wird, eine Nettokonstruktion erreicht werden, die sich wie mehrere Schichten verhält, die in der Vergangenheit verwendet worden sind. In der Vergangenheit konnte durch die Verwendung mehrerer selbsttragender Schichten eine Schicht eine andere ergänzen oder eine bestimmte Eigenschaft abwandeln oder verstärken, um das Etikett an die Härten der Herstellung anzupassen. In der vorliegenden Erfin- dung muss eine einzelne Schicht die Funktionen mehrerer Schichten erfüllen und dennoch die Etikettdicke minimal machen.
Dies darf nicht zu ungunsten der Produktion erreicht werden. Wenn nämlich eine Einzelschicht die Produktionskosten deutlich erhöht, überwiegt die Zunahme der Produktionskosten den Vorteil der Einzelschicht. Weiterhin muss der einzelne Tragerfilm wärme- schrumpfbar sein und dennoch ausreichend inelastisch sein, um Verzerrungen bei wiederholten Ausrichtungen an verschiedenen Druckorten zu widerstehen, wo mehrere Farben, die für die Bildung sowohl informativer als auch ästhetischer Graphik verwendet werden, gedruckt sind. Für einen solchen Vorgang werden einem Film ungefähr sechs bis zehn oder mehr Farben hinzu- gefügt. Der Film darf sich nicht nachteilig dehnen, da andernfalls bei der Ausrichtung Verschie- bungen auftreten, die die Druckklarheit beeinträchtigen, was kommerziell unannehmbar ist.
Gleich- zeitig muss der Film einen Schrumpfungsgrad in Maschinenrichtung aufweisen, damit die Enden der aufgebrachten Etiketten während des Wärmeeintrags über das Ende der Batterie umklappen, ohne die Graphik auf dem Film zu verzerren. Wenn ein übermässiges Zurückziehen oder eine übermässige Schrumpfung auftreten, könnte der Film an den Säumen, an dem der Klebstoff frei liegt, abheben, was eine Quelle für eine Schmutzansammlung und damit ein weiteres unannehm- bares Ergebnis wäre. Weiterhin könnte ein ungeeignetes Schrumpfen der Säume ein Abheben zur Folge haben, was zu einem unerwünschten kosmetischen Erscheinungsbild führt.
Mit diesen Zielen im Hintergrund und bei Produktionsraten von bis zu 800 Batterien pro Minute für die "AA"-Grösse und 600 oder mehr Batterien pro Minute für die "AAA"- Batterien in Etikettierungs- maschinen sind für die selbsttragende Schicht der Etikettkonstruktion die folgenden Spezifikationen erlangt worden.
Die Oberseitenlage oder der Träger 26 für die einlagige Konstruktion ist ein monoaxial orientierter Polymerfilm, der im wesentlichen nur in der zur Batterieachse senkrechten Richtung, d. h. längs der Trägerbreite und um seinen Umfang, orientiert ist. Die Schrumpfung in dieser
Richtung, d. h. in der Maschinenrichtung oder in der Richtung von der ersten Kante 32 zur zweiten
Kante 34 kann in Abhängigkeit von der Produktionsrate bis zu ungefähr 60 %, im allgemeinen ungefähr 20 bis ungefähr 60 % betragen und kann vorzugsweise im Bereich von ungefähr 40 bis ungefähr 50 % und stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 40 bis ungefähr 45 % für kleinere
Batterien und im Bereich von 40 bis 50 % für grössere Batterien liegen.
Die verbleibende Rückschrumpfung beim Lagern sollte nicht höher als ungefähr 10 % und vorzugsweise weniger als 8 % und stärker bevorzugt weniger als ungefähr 3 % betragen.
Eine gewisse Schrumpfung kann auch in der hierzu senkrechten, axialen Richtung auftreten.
Die Schrumpfung in einer Richtung, die hierzu senkrecht ist, beträgt-2 bis +5 %, vorzugsweise
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0-3 % und stärker bevorzugt ungefähr 0-1 %. Eine negative Schrumpfung bedeutet Ausdehnung.
Die derzeit bevorzugten mechanischen Eigenschaften des Films sind eine Lahnfestigkeit (tinsel strength) von ungefähr 15 Kpsi in Maschinenrichtung, eine Dehnung von 77 % in Maschinen- richtung und Elastizitätsmodule von 400 Kpsi in Maschinenrichtung, sämtliche Werte gemäss ASTM D882-91 (Testverfahren A).
Die derzeit bevorzugte wärmeschrumpfbare Filmschicht 26 besitzt vorzugsweise eine Dicke von ungefähr 2 Millizoll und ist ein im wesentlichen monoaxial orientierter Polyvinylchlorid-Film, hergestellt von American Mirrex Corp. of New Castle, Delaware.
Derzeit bevorzugte Filme sind in Maschinenrichtung monoaxial orientierte Polyvinylchlorid- Filme mit einer Dicke von ungefähr 1 bis ungefähr 3 Millizoll, vorzugsweise von ungefähr 2 bis ungefähr 3 Millizoll, stärker bevorzugt von ungefähr 2 bis 2,5 Millizoll.
Zusätzlich zu Polyvinylchlorid-Filmen umfassen andere wärmeschrumpfbare Filme, die für die Oberseiten lage verwendet werden können, Polyvinylfluorid-Filme, Vinylidenfluorid-Filme, Poly- propylen-Filme und dergleichen, sie sind jedoch nicht darauf eingeschränkt. Andere Filme ent- halten Polypropylen-Filme, die im US-Patent 5. 190.609 an Lin u. a., das hier durch Literaturhinweis eingefügt ist, beschrieben sind. Die Oberseitenlage 26 dient als selbsttragender Träger für die Pigmentschicht 28 und die druckempfindliche Klebstoffschicht 30.
Zwischen der Pigmentschicht 28 und dem Film 26 sind andere verständliche Hinweise ent- halten, die aus Druckfarben wie etwa dekorativer Graphik, aus Strichcodes, aus Produktinforma- tionen und dergleichen gebildet sind. Obwohl die Oberflächenleitfähigkeit und die Alkaliresistenz für derartige Druckfarben nicht kritisch sind, werden vorzugsweise Druckfarben vorgesehen, die eine Beständigkeit gegenüber einer Alkaliagressivität (KOH) und vorzugsweise einen elektrischen Widerstand zeigen, der wenigstens gleich dem elektrischen Widerstand der Pigmentschicht 28 und/oder der druckempfindlichen Klebstoffschicht 30 ist.
Dadurch wird jegliche Rücksicht auf geringe Risse beseitigt, die eine kurzschlussbedingten Batteriesenke hervorrufen, wo Elemente des Etiketts, d. h. der Oberseitenlage, der Pigmentschicht und der druckempfindlichen Klebstoffschicht, sowohl mit dem positiven Polelement als auch mit dem negativen Polelement einer Batterie in elektrischem Kontakt sind.
Für jede Schicht des Etiketts, die mit den entgegengesetzten Polen einer Batterie in Kontakt ist, ist erforderlich, dass eine solche Schicht im wesentlichen nicht auf die Alkaliwirkung anspricht oder dass sie alkaliresistent ist. Mit "alkaliresistent" ist das Fehlen jeder wahrnehmbaren Änderung des Erscheinungsbildes gemeint, wenn eine Aussetzung an 7,2N KOH für ungefähr 24 Stunden erfolgt. Jedes der Elemente 28 und 30, die sowohl mit dem positiven als auch mit dem negativen Batterieelement in elektrischem Kontakt sind, muss elektrisch nichtleitend sein. Mit "elektrisch nicht- leitend" ist ein Widerstand gemeint, der grösser als ungefähr 560 Megaohm (560 x 106 Ohm) ist.
Obwohl nur Teile einer Schicht, die unbedingt die positiven und negativen Pole einer Batterie überbrücken müssen, elektrisch nichtleitend sein müssen, wird, wie oben erwähnt wurde, bevor- zugt, dass die gesamten Schichten 28 und 30 elektrisch nichtleitend sind.
Die pigmentierte Schicht 28 ist aus alkaliresistenten Druckfarben gebildet, in denen das Pigment von einem Träger oder einem Wagen abgelagert wird, um eine alkaliresistente, elektrisch nichtleitende Schicht zurückzulassen, die durch den Träger 26 getragen wird und die eine
Beschichtung schafft, die lichtundurchlässig ist und für ein Etikett einen Hintergrund bildet. Die Schicht 28 kann einfarbige oder mehrfarbige, nebeneinanderliegende oder überlappende pigmen- tierte Schichten enthalten. Die Hinweise und der Hintergrund, die die pigmentierte Schicht 28 bilden, werden unter die selbsttragende, lichtdurchlässige Schicht 26 gedruckt.
Derzeit bevorzugte alkaliresistente elektrisch nichtleitende Druckfarben werden von Zeneca Speciality Inks, Daton, New Jersey, hergestellt. Geeignet sind Zeneca NDX-1467 (Kupfer),
NSX-1442 (Silber), NKK-2155 (Schwarz) und NWX-1596A (Weiss). Kupfer- und silberfarbige
Druckfarben besitzen eine perlmuttartige Mischung, die ein metallisches Erscheinungsbild schafft und die leitende Schicht aus Metallgussmasse in herkömmlichen Etikettkonstruktionen ersetzt.
Derzeit wird bevorzugt, dass die pigmentierte Schicht 28 auf der Rückseite des lichtdurchlässigen
Films 26 des Etiketts 24 ununterbrochen ist. Wie jedoch erwähnt worden ist, kann sie unterbrochen oder mehrschichtig sein, vorausgesetzt, dass der Abschnitt der Pigmentschicht 28, der mit dem positiven Pol 20 und mit dem negativen Pol 22 in elektrischem Kontakt ist, zusätzlich zur Alkali- beständigkeit elektrisch nichtleitend ist.
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Die druckempfindliche Klebeschicht 30 kann sich, wie in Fig. 1 gezeigt ist, über die gesamte Oberfläche des Films 28 erstrecken. Sie kann sich auch nur längs der Kanten 32 und 34 oder, wie in Fig. 1A gezeigt ist, längs des Umfangs eines Etiketts erstrecken und kann eine Breite besitzen, die ausreicht, um einen Kontakt mit dem Gehäuse am Umfang der Batterie sicherzustellen. Die Klebehaftung mit dem Batteriengehäuse sollte ausreichen, um sicherzustellen, dass keine Schrumpfung des Etiketts zwischen den Zonen mit Klebstoffkontakt mit Ausnahme der Zonen, in denen sich das Etikett über die Enden der Batterie erstreckt, auftritt. Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, schrumpfen die verlängerten Enden, wenn sie einer Wärme ausgesetzt werden, klappen über die gegenüberliegenden Enden der Batterie und werden durch den druckempfindli- chen Klebstoff festgeklebt.
Falls die druckempfindliche Schicht 30 nur längs der Kanten 32 und 34 verläuft und eine Naht 42 bildet, muss die Graphik so beschaffen sein, die die Weise berücksichtigt, in der die Schicht 26 in axialer Richtung schrumpft.
Der druckempfindliche Klebstoff kann aus einem Lösungsmittel, einer Emulsion oder einer Suspension oder als heisse Schmelze aufgebracht werden. Der druckempfindliche Klebstoff muss eine ausreichende Scher- oder Kohäsionsfestigkeit besitzen, um ein übermässiges Zurück- schrumpfen des Etiketts nach dem Wärmeeintrag nach der Anordnung des Etiketts auf einer als Substrat dienenden Batterie dort zu vermeiden, wo es am Batteriegehäuse haftet ; druck- empfindliche Klebstoff muss ferner eine ausreichende Abschälfestigkeit besitzen, um ein Abheben der Oberseitenlage von der Batterie zu vermeiden, ferner muss er eine ausreichende Klebrigkeit oder Griffigkeit besitzen, um eine geeignete sofortige Haftung des Etiketts am Batteriegehäuse während des Etikettierungsvorgangs zu ermöglichen.
Der derzeit bevorzugte druckempfindliche Klebstoff ist ein Acrylklebstoff auf Lösungsmittel- basis, der von Ashland Chemical Company, Columbus, Ohio, unter der Produktbezeichnung 1860Z45 hergestellt wird und durch Hinzufügung eines Antioxidationsmittels modifiziert ist. Ein weiterer geeigneter druckempfindlicher Acrylklebstoff auf Lösungsmittelbasis ist PolytexTM 7000, hergestellt von der Avery Chemical Division of Avery Dennison Corporation und beschrieben im US-Patent 4. 812.541 an Mallya u. a., das hier durch Literaturhinweis eingefügt ist. Ein geeigneter druckempfindlicher Emulsionsklebstoff ist derjenige, der im US-Patent 5. 221.706 an Lin u. a., das hier durch Literaturhinweis eingefügt ist, beschrieben ist.
Um ein Gesamtgleichgewicht der Klebstoffeigenschaften zu erhalten und um eine geeignete Aufbringung und Aufrechterhaltung des unbeschädigten Etiketts auf dem Batteriegehäuse zu ermöglichen, wird derzeit bevorzugt, dass der Klebstoff eine Abschälfestigkeit oder Haftung von vorzugsweise wenigstens ungefähr 2 Pli und stärker bevorzugt 2 bis ungefähr 5 Pli besitzt, eine Breite, die unter Verwendung des PSTC-Tests Nr. 1 (Pressure-Sensitive Tape Counsel Test Nr. 1) bestimmt wurde, der mit einer Abschälrate von 12 Zoll pro Minute nach 20 minütiger Pause auf einem Polyesterträger von 2 Millizoll gefahren wurde ;
eineScherfestigkeit, ein Mass der Kohäsions- festigkeit, von wenigstens 4000, vorzugsweise ungefähr 4000 bis 10000 Minuten gemäss PSTC- Test Nr. 7 unter Verwendung eines Polyesterträgers mit 2 Millizoll, was bei einer Probe mit den Ausmassen 0,5 mal 0,5 Zoll und einem Gewicht von 500 g eine Belastung von 2000 g pro Quadratzoll ergab ; und eine Schleifenklebrigkeit von wenigstens ungefähr 2, vorzugsweise 2 bis ungefähr 4 Pli bei einer Abschälrate von 12 Zoll pro Minute bei einer 1 Zoll breiten Schleife aus rostfreiem Stahl.
Fig. 4 zeigt einen Etikettierungsvorgang. Wie gezeigt, werden die Etiketten 24 auf einem Gewebe aus ablösefähigem Material 44 über eine verhältnismässig scharfe Spenderkante 46 bewegt und lösen sich vom Gewebe aus ablösefähigem Material 44 ab und haften im Flug auf der Oberfläche der sich vorwärtsbewegenden Batterie 10 an oder "ergreifen" diese. Die Batterie 10 wird von einer Walze 48 gedreht, während sie sich weiterhin vorwärts bewegt, wobei das Etikett 24 um den Mantel der Batterie in aneinanderstossender (Fig. 3) oder leicht überlappender Beziehung gewickelt wird, um die Naht 42 zu bilden.
Die druckempfindliche Klebstoffschicht 30 ist mit dem zylindrischen Abschnitt des Mantels der Batterie in Kontakt Das Etikett ist am Batteriegehäuse starr befestigt und wirkt einer Etikettenschrumpfung um das Batteriegehäuse und vorzugsweise in
Längsrichtung und Breitenrichtung des Batteriegehäuses während eines Wärmeeintrags durch eine Quelle 50, normalerweise eine Luftbürste, entgegen. Der Klebstoff verhindert ausserdem eine
Verzerrung irgendwelcher zwischen den Schichten 26 und 28 enthaltenen Angaben aufgrund der Wärmeschrumpfung der Oberseitenlage 26. Die Weglassung des Klebstoffs von den Kanten 36
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und 38 ist möglich, falls der Träger eine geringe Schrumpfung in Richtung der Batterieachse besitzt.
Wie weiter in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, erstrecken sich die Enden 40 des Etiketts, sobald die Etiketten um den zylindrischen Mantel der Batterie 10 gerollt sind und daran haften, über das zylindrische Gehäuse der Batterie 10 hinaus und stehen über den positiven Pol 18 und über den negativen Pol (nicht gezeigt) der Batterie 10 vor. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, schrumpft das Etikett bei einem Wärmeeintrag, wodurch sich das Ende des Etiketts über den positiven und über den nega- tiven Pol des Batteriegehäuses wickelt, wodurch der druckempfindliche Klebstoff, sofern vorhan- den, zu einem Festkleben des Etiketts am Batteriegehäuse an den beiden Enden veranlasst wird Alternativ kann die Schrumpfung ausreichen, um die überlappenden Abschnitte des Etiketts gegen die Oberfläche der Enden der Batterie zu halten.
In den obigen Ausführungsformen stellt die Kohäsionsfestigkeit des druckempfindlichen Klebstoffs sicher, dass die Etikettbewegung aufgrund der Schrumpfung längs des zylindrischen Gehäuses nicht auftritt, mit der Folge, dass weder eine Verzerrung der Angaben auftreten kann, noch, dass sich unter irgendwelchen Umständen an der Naht 42 als Folge der Schrumpfung in Umfangsrichtung eine Öffnung bildet. Zusammengefasst kann die Graphik unbeschädigt bleiben, wobei während der Schrumpfung die der Wärme ausge- setzten Enden durch Wärmeschrumpfung zusammengezogen werden und durch den druckemp- findlichen Klebstoff am positiven Pol und am negativen Pol der Batterie anhaften, wodurch bei niedrigen Kosten eine Batterieetikettierung abgeschlossen ist.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Einlagiges Etikett zum Etikettieren einer Trockenzellenbatterie, wobei die Batterie ein längliches Umfangsgehäuse besitzt, das sich in Richtung der Batterielänge erstreckt und eine Achse sowie diese Achse schneidende gegenüberliegende Enden definiert und im
Gehäuse einen Kern für elektrische Gleichstromenergie umschliesst, wobei das Etikett gebildet ist aus:
(a) einem lichtdurchlässigen, selbsttragenden, im wesentlichen monoaxial orientierten, wärmeschrumpfbaren Polymerfilmträger mit einer äusseren Oberfläche und einer inneren
Oberfläche, die dem Batteriegehäuse zugewandt ist, einer Breite, die an seinen gegen- überliegenden Enden eine erste Kante und eine zweite Kante ergibt, die sich parallel zur
Achse der Batterie erstrecken, und einer Länge, die sich über die gegenüberliegenden
Enden der Batterie erstreckt und an seinen gegenüberliegenden Enden dritte und vierte
Kanten ergibt, die sich senkrecht zur Achse der Batterie erstrecken, wobei die Breite des
Trägers ausreicht, damit der Träger das Umfangsgehäuse der Batterie umgeben kann und die erste und die zweite Kante wenigstens anstossend aufeinandertreffen, und wobei die
Länge des Trägers ausreicht,
damit die dritten und vierten gegenüberliegenden Kanten über die gegenüberliegenden Enden der Batterie bei einer Wärmeschrumpfung des Trägers überstehen ; der Träger eine Schrumpfung von bis zu ungefähr 60 % in
Breitenrichtung des Trägers besitzt; (b) einer lichtundurchlässigen pigmentierten Schicht, die eine alkaliresistente, elektrisch nichtleitende Druckfarbe aufweist, die auf die innere Oberfläche aufgebracht ist und vom
Träger getragen wird, wobei die Schicht keine wahrnehmbare Veränderung zeigt, wenn sie der Einwirkung von 7,2N KOH für 24 Stunden ausgesetzt wird ;
(c) einer elektrisch nichtleitenden druckempfindlichen Klebstoffschicht, die auf die pigmen- tierte Schicht aufgebracht ist und sich wenigstens längs der ersten und zweiten Kanten erstreckt, wobei der druckempfindliche Klebstoff eine ausreichende Abschälfestigkeit besitzt, um ein Abheben eines aufgebrachten Etiketts vom Gehäuse der Batterie zu ver- meiden, und eine ausreichende Scherfestigkeit besitzt, um eine Bewegung einer mittels
Klebekraft auf das Gehäuse aufgebrachten ersten Kante des Trägers relativ zu einer mittels Klebekraft auf das Gehäuse aufgebrachten zweiten Kante des Trägers bei einer
Wärmeschrumpfung eines mittels Klebekraft aufgebrachten Trägers zu vermeiden.