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Procède de stratification à sec et sans chauffage visant à produire des stratifiés à partir de pellicules thermoplastiques et de substrats.
La présente invention concerne un produit stratifié ainsi qu'un procédé pour fabriquer ce produit à partir de pel- licules thermoplastiques et de substrats.
Le brevet américain du Demandeur n 3.360.412 décrit un procédé de stratification à sec dans lequel une pellicule thermoplastique est soudée à chaud à un substrat fait d'une matière différente de celle de la pellicule thermoplastique. Dans ce procédé, on n'utilise pas d'additifs du type adhésif ou agents de collage et on maintient la pellicule thermoplastique dans un état stable au point de vue dimensionnel jusqu'à ce
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quelle ait été amenée en contact avec le substrat.
On effec- tue le soudage à chaud de la pellicule sur le substrat en préchauffant le substrat à une température correspondant à la température de soudage à chaud de la pellioule thermoplasti- que avant de presser la pellicule et la feuille de substrat on contact étroit.de sorte que la chaleur nécessaire à l'opé- ration de soudage à chaud est fournie par le substrat.
L'invention a pour but de procurer un procède de stratification à aeo ainai que le produit obtenu, suivant lequel on test Adhérer une pellicule thermoplastique à un substrat sans utiliser d'adhésifs ou d'agenta de collage supplémentaires et sans appliquer de chaieur extérieure pendant 1'opération de stratification. D'une manière spécifique, on fait adhérer la pellicule thermoplastique à la feuille de sub- stret, à des températures inférieures à la température de fusion de la matière thermoplastique,en pressant la pellicule et la feuille de substrat en contact étroit sous des pressions élevées de manière à former une jonction mécanique à l'interface de la pellicule et du substrat.
On peut exécuter la stratifica- tion à température ambiante,si on le désire,et on peut choisir la pellicule thermoplastique dans un nombre quelconque de ma- tières thermoplastiques appropriées, bien que le procédé se prête idéalement à l'utilisation d'une polyoléfine comme ma- tière pelliculaire. De môme, la feuille de substrat peut être l'une quelconque des feuilles de matière classiques uti- lisées pour former des emballages industriels car la pelli- cule et le substrat peuvent être unis l'un à l'autre chimiquement ou chimiquement et mécanique- ment. Lorsque l'on utilise un substrat à surface lisse, tel que du papier cristal, des minces feuilles métalliques et de la cellophane, on unit le substrat à une pellicule principa- lement par voie chimique.
En variante, lorsque l'on utilise
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uns feuille de substrat comportant des interstices dans ses surfaces interfaciales, on fait adhérer le substrat à la pel- licule chimiquement et mécaniquement.
Dans le dessin annexé @ la Fig, 1 est une vue schématique d'un nouveau systè- me qui peut être utilisé pour mettre en oeuvre le procède sui- vant l'invention; la Fig. 2 eat une vue schéma tique fragmentaire d'une variante du système représenté à la Fig. 1.
Pour muttre le procédé suivant l'invention en prati- que, on colle une pellicule de matière thermoplastique sur un substrat approprié fait d'une matière différente de celle de la pel licule thermoplastique. On peut choisir la pellicule dans un grcpe comprenant un nombre quelconque de matières thermoplasti- ques et le procédé suivant l'invention convient de manière idéale pour une pellicule de polyoléfine et, en particulier, du polyéthylène, Lorsqu'on utilise une pellicule de pol>olé- fine, telle qu'une pellicule de polyéthylène comme matière thermoplastique, il faut traiter une surface de cette pelli- cula en vue de la rendre polaire pour lui permettre de se fixer au substrat.
On peut traiter la surface de la pellicule de polyoléfine pour la rendre polaire par le procédé à décharge corona selon lequel on expose la surface à traiter à une décharge corona, ou bien on peut traiter la surface par un procédé d'oxydation à l'aide d'une flamme de gaz, ces deux procédé étant bien connus. Comme le montrent les brevets amé- ricains n 3.018.189, 2.648.097 ou 2.632.921, le traitement d'une surface de la pellicule de polyoléfine vise à la rendre polaire et l'on estime que ce traitement a pour effet de créer à la surface de la pellicule des groupes réactifs qui forment des jonctions secondaires avec des groupes prévus à la surface du substrat ou qui entrent en réaction avec des groupes prévus
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à la surface du substrat.
Lorsqu'une ou plusieurs surfaces d'une pellicule de polyoléfine ont été traitées par exposi- tion à un processus de traitement à décharge électrique
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ou à une :'la:== de gat <xcy4ant) la 9111 f*ce est rendue chi- miquement réactive bien que l'on n'ait pas de connaissances précises sur la stéréochimie de la surface.
Le substrat peut 'tore fait de l'une quelconque des matières utilisées dans le domaine de l'emballage, telles que du papier kraft, du carton, de la cellophane non enduite, de la cellophane enduite d'un côté, du papier cristal, du pa- pier au bisulfite, des feuilles de papier de pâte mécanique,
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diverses feuilles métalliquea, des tôles et d'autres matiè- res d'emballage. Cependant, il est à remarquer que le procédé suivant l'invention convient idéalement pour unir la pelli- cule thermoplastique 1 un substrat présentant des interstices dans une de ses surfaces comme les papiers et cartons précités.
Lorsque le substrat comporte des interstices dans l'une de ses surfaces, la pellicule thermoplastique non seu-
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lement forme une fonction cb1liiq1Hl avec le substrat, mais flueàfroid datas les interstices et étaiillt une jonction mécanique très efficace ainsi qu'une jonction chimique plus étendue. Dans certaine cas, le substrat peut être fait d'une matière thermoplastique possédait des propriétés physiques on
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chimiques différentes de celles de la mat1ft8 th.mop1a8%iqve de la pellicule et comportant um mrfaoo qui, présente une certaine affinité pour la 8\1:It808 polaire do ia p.1l1cnJ1e thormopla8tique.
Cola 'tant! lonque l'en choisit la pellicule tbe1'llOpl..t1q".,11 faut 41"'88 0UPf*oe de ttm, pellicule soit polaire et qu'uno surface do substrat eàt me carteina affi- nit' pour la 8uPs*ce polaire de la pen1oule tber plantiqueu Dans le procédé nl.8I!t 101twantim.9 ou- on effoo- tue la jonction sens a,tPlSoa'!oa de aha1ftr t6siogre ou
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à une température inférieure à la temprature de soudage à chaud ou de fusion de la pellicule thermoplastique, il faut utiliser des pressions suffisantes pour provoquer un contact étroit entre la surface polaire de la pellicule et la surface d'affinité du substrat.
Cela étant, on amène la pellicule thermoplastique et la feuille de substrat en contact sous une pression suffisante pour expulser la majeure partie de l'air entre les surfaces interfaciales des couches du stratifié,de manière à établir le contact nécessaire pour produire une jonction chimique. Cette pression est exercée par.un équi- page de rouleaux dans l'emprise duquel la pellicule et le substrat peuvent avancer en continu.
En ce qui con- cerne la pression spécifique exercée par l'équipage de rouleaux, on a constaté qu'il est excessivement difficile de mesurer la pression dans l'emprise en kg par cm2, mais des expériences et des essais semblent indiquer qu'une pression Minimum d'environ 18 kg par cm linéaire de l'emprise est nécessaire pour produire les precsions propres à provoquer une jonction chimique.
lorsqu'on utilise une polyoléfine comme pellicule thermoplastique, il faut choisir une pellicule qui ne con- tienne pas d'agent de glissement ou d'agent antiblooage car ces agent, ou additifs migrent vers la surface et empêchent le radical présent à la surface de la pellicule de venir en con- tact suffisamment étroit avec les radicaux présents à la surfa- ce du substrat pour permettre une fonction chimique convenable.
Comme décrit plue haut, lorsque la pellicule est faite d'une polyoléfine, il faut également traiter une surface de la pel- lioule pour la rendre polaire à l'aide 4v procédé d'oxydation à flamme de gaz ou du procédé à décharge doremen. Il cet éga- lement préférable que le stratifié @uisse vieillir pendant au moins un jour lorsque la Jonction *et effentuée à tempé-
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rature ambiante afin de permettre à la jonction et à la réac- tion chimique de progresser jusque leur terme. En variante, on peut faire passer le stratifié dans un agent de chauffago ayant une température, par exemple de 66 C, pour accélérer le phénomène de jonction chimique.
A cet effet, on remarquera que des températures de cet ordre s ont nettement inférieures aux températures de soudage à chaud ou de fusion de la pelli- cule thermoplastique, telle que des pellicules de polyoléfines.
Un appareil servant à exécuter le procédé de stra- tification suivant 1'invention est représenté au dessin. Le substrat S est dévidé d'une bobine 18 qui est montée de manière à pouvoir tourner sur un bâti de support 11. Le substrat pas-
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sa autour de rouleaux fous appropriés 12 oervant à 1 "ta- ler, la construction spécifique de ces rouleaux étaleurs fous
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étant déterminée en partie par le substrat spécifique a traiter. Bien qu'il soit nécessaire d'utiliser un dispositif Orateur ou tendeur pour tendre la pellicule thermoplastique, il n'est pas nécessaire dans la plupart des cas de prévoir un tendeur pour dévider la feuille de substrat, bien qu'un tel tendeur puisse être utilisé, si on le désire.
La pellicule thermoplastique F est dévidée d'une bc-
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bine 14 qui est égalennt montée de manière 1 pouvoir tournar sur l'un de deux axée 15 fixés d 8 un balaneler de support oscillent 16 qui pivote en 18 dans un dévidoir du type à tourelle 17. On N8rq\Mra qu*,taM18 que la bobine 14 de matièrs thermoplastique est dévidée du dévidoir à tourelle,
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UJ8 autre bobine 14a est amtée sur l'autre axe 1 e t peut être sttrohs la pellicule de la première bobine par no proou- sus connu sous le DCI8 6#àpisuffl volant on qui penet un lonotiorzrwaetrt Ininterrompu du dévidoir à tourelle 17. te pelliewle est dialmmt aimée à l'équdp*go408%m%#- tiaet::
m et Il est à ft8uq118J' qu#àl est eoanelteble 4'''aSper
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l'aprei1 d'un tendeur délicat, à action constante et réglable, de construction bien connue de telle raçon que la pellicule soit emenée à 1?équipage de stratification dans des conditions de tension uniforme.11 est, en outre., essentiel de munir l'appa- reil d'un guide marginal pour la pellicule de telle sorte que
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la 1eule soit maintenue constannent en ligne avec le substrat pendant la stratification ainsi que de dispositifs étaleurs appro-
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pri4s, wsa3s que des rouleaux connus sous le nom de "Mount Hope", des gouleaux à lattes, ou des rouleaux à chevrons.
La fallicule F passe dans une emprise d'épissage for- née dit deux rouleaux 19 qui permettent de relier la pellicule d'une bobine à celle d'une autre bobine pendant le fonctionnement
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de l 'appareil. Les rouleaux d'épiossge forment également un d1s..\tSt dévideur à traction constante si, par exemple, ils sont .utyai4s partir de l'équipage de stratification. Dans l'appa- reil suivant l'invention, il est préférable que les rouleaux
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doinisse o soient en fait entravés à partir de l'équipage de atl't':.tl11cat1on.
La Ileule F passe également sur un rouleau étaleur fon 20 qui sort à l'amener dans l'emprise de l'équipage de stra-
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tification en substance ssns plie. Le rouleau étaleur 20 peut ètro construit de la même manière que les rouleaux étaleurs fous i2 c'<Mt-à-4ir qu'il peut N'agir d'un rouleau à chevrons, Cepen- dant, (1.- eerta1Da cas, il ost souhaitable d'entraîner mécanl- qUeAt\1t le rouleau 'tal8U1" et, dans ces cas, le rouleau étaleur pimt être un renleau Munt 8opew entraID4 ou, en variante, un god an expansible entraîné, chacun de ces rouleaux étant bien conne.
La pellicule et 1, substrat sont introduits simulta-
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nément dans l'équipage de stratification désigné par la réfé- rence 21 qui comme le montre le dessins comprend deux rouleaux extérieure 22 et 23 respectivement et un rouleau médian 24 disposé en contact d'appui avec les rouleaux extérieure. Il est à remorquer que l'équipage de stratification représenté est semblable au train de rouleaux d'une calandre classique à polir le papier qui comprend trois rouleaux quoique d'outrée dispositions de rouleaux puissent être utilisées, si on le désire.
Il est préférable d'utiliser au Mine trois rouleaux dana l'équi- page de stratification et de former au moins deux emprises pour effectuer la @tratification.
Lois rouleaux extérieurs 22 et 23 sont de préférence des rouleaux en acier trempé comportant une surface polie et chromée et présentent un creux dans lequel circule de l'eau servant à maîtriser réchauffement produit pendant la stratifi- cation et la compression qui provoque un fluage à froid. Le rouleau médian 24 est de préférence un rouleau en fibres dures pressées, en caoutchouc dur, en Nylon ou en matière analogue, bien qu'il puisse également être fait d'un métal approprié.
Comme les rouleaux de l'équipée de stratification sont en con- tact d'appui les uns avec les autres, il est préférable que seul le rouleau médian 24 soit entraîné de l'extérieur,les autres rouleaux étant entraînés par le rouleau médian.
La pression exercée par les rouleaux, comme mention- né plus haut, doit être d'au moins 18 kg par cm linéaire de 3'emprise bien qu'il solt préférable d'utiliser des pressions plus élevées dans la plupart des opérations, par exemple 54 kg par cm linéaire dans l'emprise et parfois 70 kg par cm linéaire dans l'emprise ou même plus selon les ma- tières traitées et la "dureté" du rouleau médian.
Lorsqu'une
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pellicule thermoplastique cet collée sur du papier cristal, le papier est amené à l'équipage de stratifica- tion avant d'avoir été calandre et on comprendra que l'équipage de strati@@cation ne sort pas simplement à faire adhérer la pellicule au substrat, Maie également à calandver simultanément le papier cristal de manié- re à lui conférer le f@@@ lisse désiré. De même, d'autrea sub- strats à surface non lisse doivent être simultanément calan- drés pendant l'opération de stratification. Ce processus convient paiement pour du papier précalandré.
Lorsque l'on utilise des feuilles de substrat com- portant dss interstices dans leurs surfaces$ telles que du papier kraft, du papier cristal non calandré et du papier analogue, les pressions exercées dans l'emprise sont suf- tisantes pour provoquer un fluage à froid de la pellicule F, même dans son état solide extrêmement visqueux, dans les Interstices de la feuille de substrat, produisant ainsi une jonction mécanique très efficace et facilitant l'amorçage et l'achèvement de la jonction chimique.Comme décrit plus haut, on maintient la température du système à une valeur sensi- blement inférieure à la température de fusion ou de soudage à chaud de la pellicule thermoplastique,
Il est souhaitable de laisser vieillir le stratifié si l'opération de stratifi- cation est exécutée approximativement à température ambiants.
Le stratifié L passe par après sur un rouleau éta- leur fou 25 de construction semblable à celle des rouleaux étaleurs 12 et est finalement envidé sur un noyau pour former une bobine 26 qui est supportée par un bâti renvideur 27. Lorsque l'on utilise une pellicule de poly- oléfine, une surface seulement de la pellicule doit être traitée en vue de devenir polaire, l'autre surface restant non traitée. La surface traitée de la pellicule doit être
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collée à la feuille de substrat, laissant donc exposée la surface non traitée de la pellicule.
Comme la surface non traitée de la pellicule est la surface qui passe sur les divers rouleaux et 3 ce diverses parties du système$ elle n'a absolument pas tendance à adhérer à ces partles. De même, la surface non traitée ne tend pas à s'arréter ou à coller lorsque le stratifié est envidé sur la bobine 26, la sur- face non traitée.formant une face du stratifié.
En ce qui concerne la traitement de la surface de la pellicule de polyoléfine, on peut prétraiter une surface de la pellicule ou bien incorporer un dispositif de traitement approprié à l'appareil suivant l'invention. si l'on utilise un dispositif ou un mécanisme de traitement, on peut l'instal- ler à un endroit approprié quelconque situé entre le bâti de dévidage et 1'équipage de stratification.
Bien qu'aucun additif supplémentaire, tel que des agents liants ou des adhésifs, ne soit utilisé dans le système suivant l'invention, divers types de papier peuvent étre apprêtés, si on le désire.
On a constaté que les stratifiés produits conformé- mont au procédé suivant l'invention sont supérieurs aux stratifiés obtenus par extrusion d'un revêtement. Dans le procédé de revêtement par extrusion, la matière thermoplasti- que est nécessairement chauffée à des températures relati- vement élevées et ces températures oxydent sa sur- face.
Avec un revêtement polymère soudé à chaud à un autre revêtement 'polymère, on a constaté que les températures de soudage à chaud des stratifiés formés par le procédé de revêtement par extrusion, en raison de l'oxydation superficielle, ne sont pas uniformes et sont nettement supérieures aux températures de soudage à chaud des
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stratifiés obtenus à l'aide d'un procédé suivant l'invention.
Les stratifiés fabriqués conformément à l' invention ne dé- gagent pas non plus les odeurs désagréables que l'on rencon- tre aveo les stratifiés formes par revêtement par extrusion.
Les stratifiés formé'! par revêtement par extrusion tendent également à s'incurver ou à se racourber car la matière thermoplast@@ que est extrudé- , des tompérstures extrément élevées sur des substrats non chauffés qui ont un coefficient de dilata- tion thermique différent de celui de la matière thermoplasti- que. Par la suite, lors du refroldissoment, un retrait appré- ciable de la matière thermoplastique par rapport à la feuille de substrat se produit,ce qui provoque une déformation indé- sirable.
Le procédé suivant l'invention, qui est exécuté à des températures relativement peu élevées, ne provoque cepen- dant pas cette incurvation indésirable et la couche de matiè- re thermoplastique se soude à chaud à elle-môme à des tempéra- tures uniformes sensiblement inférieures à celles des stra- tifiés à revêtement extrudé. Bien que les matières thermoplasti- ques, en général, présentent une large gamme de températures de fusion ou de soudage à chaud, les données obtenues ont indiqué une différence dans les températures de soudage à chaud des stratifiés fabriqués par le procédé suivant l'in- vention et celles des stratifiés fabriqués par revêtement par extrusion et dans lesquels la pellicule thermoplastique est du polyéthylène.
Ces aonnées indiquent que la couche de polyéthylène d'un stratifié fabriqué conformément à l'inven- tion se soude à chaud d'une manière régulière,polymère contre polymère, à une température sensiblement Inférieure à celle des couches de polyéthylène d'un stratifié à revêtement extrudé.
Cela semble être dit au fait qu'une oxydation superficielle de la surface exposée du polyé@hylène se produit et est causée par les températures élevées tandis que dans le procédé suivant
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l'invention, aucune oxydation superficielle n'a lieu car la stratification est effectuée %*4 des températures relativement basses.
Le tendeur 19 non seulement est agence et construit pour tendre la pellicule en vue de supprimer les plis, mais coopère aveo d'autres éléments du système de manière à
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étirer urrisemment.la pellicule pour que les impressions qu'elle porte éventuellement puissent être étirées dans la
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mesure voulues . L'a tirage de la pelliculo pour produire un étirage désira de ces lmpressiorapeut être effectue de la morne manière que selle décrite dans la demande de brevet américain du Demandeur no 3q8.Y91 déposée le 29 Juin 1964.L'im- pression est imprimée- sous une lClJ< 1 resserra ou de petite dlmen- sion et est étirée avant d'être appliquée sur le substrat.
Il est à remarquer également que l'encre particulière choisie a des propriétés qui la font adhérer au substrat lorsqu'elle est pressée en coutact avec lui.
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Une variante du sy6t#a* de la F1e- 1 est représentée à la Fig. 2 et permet 1e stMtiiier plus de eeux épaisseurs, et plus partitalibrement, deux feuilles de dilbbt9Qk et une feuille de pololdt1r.d. ta ng. 2 montre que la pellicule de polyoléfine F phese 3r un rpuleau fou 20a dont la surface est en matière diéloctrique. Le 8Uat 8 est introduit dans l'équipage de ctratlticlltioa qui comprend deas rouleaux ex- térieurs 2za et 23a et un 1":n!1Ma médian 2a qui sont tous de eon8t; action e de tonct10DJW118nt identiqws atat rcmleaux 22, 23 et 24 de l '1ùP8t!i de 5t"'it1cat1OD repréumti à la tig. 1.
La 9elliaulo ? peut se trouver dan. la commerce avae une face tl'''1tAJ,Do1t par à procédé 4I'OXJ t1OD Ji l'aide d'une fiamme de gatt soit par m p?<Méd< de d40b&!'p corom comme décrit :'c1S haut. Cepenc,t, ccwm 1IM feuille de & strat doit être 11o smc damc races dg la pollSeu1. ae polyoléfine, il est nécessaire de traiter la face
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non traitée de la pellicule pour pouvoir y faire adhérer les feuilles de substrat. Cela étant, un dispositif de traitement, tel que le mécanisme à électrode 30 est placé à proximité immédiate de la face non traitée de la pellicule F en vue de soumettre cette pellicu@e à un bombardement élec- tronique et de rendre cette face polaire.
On comprendra éga- lement que lorsque la pellicule F ne comporte aucune face traitée, un second mécanisme à électrode peut être Installé pour traiter l'autre face de la pellicule juste 'avant le passage de la pellicule dans l'emprise de l'équipage àe stratification.
Il ressort des paragraphes précédents que, dans le procédé suivant l'invention, il est préférable que les substrats utilisés soient du type se trouvant normalement dans le commerce et n'exigent aucun prétraitement spécial pour ce procédé. Il est à remarquer que le procédé suivant l'Invention envisage également d'utiliser une pellicule thermoplastique qui puisse être collée dans un état non chauffé à la feuille de substrat sans exiger d'additifs adhésifs ou liants.
L'invention procure donc un procédé nouveau et parti- culier pour former un stratifié à partir d'une pellicule thero- polastique et d'une feuille de substrat qui possède des qualités supérieure? à celles dea stratifiés confectionnés selon les techniques jusqu'à présent comparables.
Bien entendu, l'invention n'est en aucune manière limitée aux détails d'exécution décrits auxquels divers change- ments et modificationspeuvent 4tre apportés sans sortis de son cadre.
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A dry, non-heating laminating process to produce laminates from thermoplastic films and substrates.
The present invention relates to a laminate product as well as a process for making this product from thermoplastic films and substrates.
Applicant's U.S. Patent No. 3,360,412 describes a dry lamination process in which a thermoplastic film is heat sealed to a substrate made of a material different from that of the thermoplastic film. In this process, no adhesive type additives or sizing agents are used and the thermoplastic film is kept in a dimensionally stable state until
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which has been brought into contact with the substrate.
The film is heat sealed to the substrate by preheating the substrate to a temperature corresponding to the heat sealing temperature of the thermoplastic film before pressing the film and the substrate sheet into close contact. so that the heat necessary for the hot welding operation is supplied by the substrate.
The object of the invention is to provide a method of laminating to aeo as well as the product obtained, according to which it is tested to adhere a thermoplastic film to a substrate without using additional adhesives or bonding agents and without applying any external heat during The laminating operation. Specifically, the thermoplastic film is adhered to the substrate sheet, at temperatures below the melting point of the thermoplastic material, by pressing the film and the substrate sheet into close contact under high pressures. so as to form a mechanical junction at the interface of the film and the substrate.
The lamination can be carried out at room temperature, if desired, and the thermoplastic film can be selected from any number of suitable thermoplastic materials, although the process ideally lends itself to the use of a polyolefin as. film material. Likewise, the substrate sheet can be any of the conventional sheets of material used to form industrial packaging since the film and the substrate can be joined together chemically or chemically and mechanically. is lying. When using a substrate with a smooth surface, such as glassine paper, thin foils and cellophane, the substrate is bonded to a film primarily chemically.
Alternatively, when using
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With a sheet of substrate having interstices in its interfacial surfaces, the substrate is adhered to the film chemically and mechanically.
In the accompanying drawing to Fig, 1 is a schematic view of a new system which can be used to carry out the process according to the invention; Fig. 2 is a fragmentary schematic view of a variant of the system shown in FIG. 1.
In order to convert the process according to the invention into practice, a film of thermoplastic material is bonded to a suitable substrate made of a material different from that of the thermoplastic film. The film can be selected from a group comprising any number of thermoplastic materials and the process according to the invention is ideally suited for a polyolefin film and, in particular, polyethylene. When using a pol film. olefin, such as a polyethylene film as a thermoplastic material, a surface of this film must be treated to make it polar to allow it to attach to the substrate.
The surface of the polyolefin film can be treated to make it polar by the corona discharge process whereby the surface to be treated is exposed to a corona discharge, or the surface can be treated by an oxidation process using of a gas flame, these two methods being well known. As shown in U.S. Patent Nos. 3,018,189, 2,648,097 or 2,632,921, the treatment of a surface of the polyolefin film is intended to make it polar and it is believed that this treatment has the effect of creating on the surface of the film reactive groups which form secondary junctions with groups provided on the surface of the substrate or which react with groups provided
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on the surface of the substrate.
When one or more surfaces of a polyolefin film have been treated by exposure to an electric discharge treatment process
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or to a: 'la: == de gat <xcy4ant) the 9111 f * ce is chemically reactive although no precise knowledge of the stereochemistry of the surface is known.
The substrate may be made from any of the materials used in the field of packaging, such as kraft paper, cardboard, uncoated cellophane, cellophane coated on one side, crystal paper, sulphite paper, sheets of mechanical pulp paper,
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various metal foils, sheets and other packaging materials. However, it should be noted that the process according to the invention is ideally suited for joining the thermoplastic film 1 to a substrate having interstices in one of its surfaces, such as the aforementioned papers and boards.
When the substrate has interstices in one of its surfaces, the thermoplastic film not only
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It forms a cb1liiq1Hl function with the substrate, but cold flows through the interstices and was a very efficient mechanical junction as well as a larger chemical junction. In some cases, the substrate can be made of a thermoplastic material that has physical properties or
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chemicals different from those of the film mat1ft8 th.mop1a8% iqve and comprising um mrfaoo which has a certain affinity for the polar 8 \ 1: It808 of the thormopla8tique p.1l1cnJ1e.
Cola 'so much! lonque en chooses the film tbe1'llOpl..t1q "., 41" '88 0UPf * oe of ttm is needed, the film is polar and that a surface of the substrate and me carteina affi- nate 'for the 8uPs * ce polar of the pen1oule tber plantiqueu In the process nl.8I! t 101twantim.9 where we perform the junction direction a, tPlSoa '! oa of aha1ftr t6siogre or
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at a temperature below the heat seal or melt temperature of the thermoplastic film, sufficient pressures should be used to cause close contact between the polar surface of the film and the affinity surface of the substrate.
This being so, the thermoplastic film and the substrate sheet are brought into contact under sufficient pressure to expel most of the air between the interfacial surfaces of the layers of the laminate, so as to establish the contact necessary to produce a chemical bond. This pressure is exerted by a set of rollers in which the film and the substrate can advance continuously.
With regard to the specific pressure exerted by the roller crew, it has been found that it is exceedingly difficult to measure the pressure in the nip in kg per cm2, but experiments and tests seem to indicate that a Minimum pressure of about 18 kg per linear cm of the grip is necessary to produce the proper precsions to cause a chemical junction.
when using a polyolefin as the thermoplastic film, a film should be chosen which does not contain a slip agent or antiblocking agent because these agents or additives migrate to the surface and prevent the radical present on the surface of the film. the film to come into sufficiently close contact with the radicals present on the surface of the substrate to allow suitable chemical function.
As described above, when the film is made of a polyolefin, a surface of the film must also be treated to make it polar using the gas flame oxidation process or the gold discharge process. It is also preferable that the laminate be allowed to age for at least a day when the Junction * and effent at room temperature.
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rature to allow the junction and the chemical reaction to progress to completion. Alternatively, the laminate can be passed through a heating agent having a temperature, for example 66 ° C, to accelerate the phenomenon of chemical junction.
To this end, it will be appreciated that temperatures of this order of s are significantly lower than the heat sealing or melting temperatures of the thermoplastic film, such as polyolefin films.
An apparatus for carrying out the laminating process according to the invention is shown in the drawing. The substrate S is unwound from a reel 18 which is mounted so as to be able to turn on a support frame 11. The substrate passes.
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its around suitable idler rollers 12 serving to 1 "level, the specific construction of these idler spreader rollers
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being determined in part by the specific substrate to be treated. Although it is necessary to use a speaker or tensioner device to tension the thermoplastic film, in most cases it is not necessary to provide a tensioner to unwind the substrate sheet, although such a tensioner can be used. used, if desired.
The thermoplastic film F is unwound from a bc-
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bine 14 which is also mounted in such a way as to be able to turn on one of two centered 15 fixed to 8 a balaneler of support oscillate 16 which pivots in 18 in a reel of the turret type 17. On N8rq \ Mra qu *, taM18 the reel 14 of thermoplastic material is unwound from the turret reel,
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UJ8 another reel 14a is amt on the other axis 1 and can be sttrohs the film of the first reel by no pro- or known as DCI8 6 # with flywheel one which penetrates an uninterrupted lonotiorzrwaetrt of the turret reel 17. te pelliewle is dialmmt liked to the equdp * go408% m% # - tiaet ::
m and He is at ft8uq118J 'qu # àl is eoanelteble 4' '' aSper
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Further, it is essential to provide a delicate, constant-acting, adjustable tensioner of well-known construction such that the film is fed to the laminating crew under conditions of uniform tension. the apparatus of a marginal guide for the film so that
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the first is kept constant in line with the substrate during lamination as well as suitable spreading devices.
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pri4s, wsa3s as rollers known as "Mount Hope", slatted chutes, or herringbone rollers.
The fallicle F passes through a formed splicing grip called two rollers 19 which make it possible to connect the film of one reel to that of another reel during operation.
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of the device. The spike rolls also form a constant pull feeder if, for example, they are .utyai4s from the layering crew. In the apparatus according to the invention, it is preferable that the rollers
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doinisse o are in fact hampered from the crew of atl't ':. tl11cat1on.
Ileule F also passes over a 20 fon spreader roller which comes out to bring it into the grip of the stra-
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tification in substance without folds. Spreader roll 20 may be constructed in the same way as idle spreader rollers i2 c '<Mt-à-4ir that it may not be a herringbone roller, however, (1.- eerta1Da case, it is desirable to mechanically drive the 'tal8U1' roller and, in these cases, the spreader roller may be a Munt 8opew spaced renl or, alternatively, a driven expandable god, each of these rolls being well understood. .
The film and 1, substrate are introduced simultaneously.
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nement in the laminating unit designated by the reference numeral 21 which, as shown in the drawings, comprises two outer rollers 22 and 23 respectively and a middle roller 24 disposed in abutting contact with the outer rollers. It will be noted that the laminating crew shown is similar to the roller train of a conventional paper polishing calender which includes three rolls although other roller arrangements can be used, if desired.
It is preferable to mine three rollers in the laminating equipment and to form at least two tracks to perform the laminating.
The outer rollers 22 and 23 are preferably hardened steel rollers with a polished and chrome-plated surface and have a recess through which water circulates to control heating produced during lamination and compression which causes cold flow. . The middle roll 24 is preferably a roll of hard pressed fibers, hard rubber, nylon or the like, although it can also be made of a suitable metal.
Since the rolls of the laminator are in abutting contact with each other, it is preferable that only the middle roll 24 is driven from the outside, the other rolls being driven by the middle roll.
The pressure exerted by the rollers, as mentioned above, should be at least 18 kg per linear cm of grip although it is preferable to use higher pressures in most operations, for example. 54 kg per linear cm in the grip and sometimes 70 kg per linear cm in the grip or even more depending on the materials treated and the "hardness" of the middle roller.
When a
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thermoplastic film this glued to glassine paper, the paper is taken to the laminating crew before it has been calendered and it will be understood that the laminating crew does not simply go out to adhere the film to the substrate. It is also possible to simultaneously calender the glassine paper to give it the desired smoothness. Likewise, other substrates with a non-smooth surface must be simultaneously calendered during the laminating operation. This process is suitable for payment for pre-calendered paper.
When using substrate sheets having interstices in their surfaces such as kraft paper, uncalendered glassine paper and the like, the pressures exerted in the nip are sufficient to cause creep at the bottom. cold of the film F, even in its extremely viscous solid state, in the interstices of the substrate sheet, thus producing a very efficient mechanical junction and facilitating the initiation and completion of the chemical junction. maintains the temperature of the system at a value significantly lower than the melting or hot-sealing temperature of the thermoplastic film,
It is desirable to allow the laminate to age if the laminating operation is carried out at approximately ambient temperature.
The laminate L then passes over an idler roll 25 similar in construction to the spreader rolls 12 and is finally drawn over a core to form a spool 26 which is supported by a take-up frame 27. When a winder frame 27 is used. polyolefin film, only one surface of the film needs to be treated to become polar, the other surface remaining untreated. The treated surface of the film should be
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adhered to the substrate sheet, thus leaving the untreated surface of the film exposed.
As the untreated surface of the film is the surface which passes over the various rollers and parts of the system, there is absolutely no tendency to adhere to these parts. Likewise, the untreated surface does not tend to stop or stick as the laminate is fed onto spool 26, the untreated surface forming one side of the laminate.
As regards the treatment of the surface of the polyolefin film, it is possible to pretreat a surface of the film or else a suitable treatment device may be incorporated in the apparatus according to the invention. If a processing device or mechanism is used, it may be installed at any suitable location between the payout frame and the laminator assembly.
Although no additional additives, such as binding agents or adhesives, are used in the system according to the invention, various types of paper can be sized, if desired.
It has been found that the laminates produced according to the process according to the invention are superior to the laminates obtained by extruding a coating. In the extrusion coating process, the thermoplastic material is necessarily heated to relatively high temperatures and these temperatures oxidize its surface.
With a polymer coating heat welded to another polymer coating, it has been found that the heat seal temperatures of the laminates formed by the extrusion coating process, due to surface oxidation, are not uniform and are markedly. above the hot welding temperatures of
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laminates obtained using a process according to the invention.
Laminates made in accordance with the invention also do not emit the unpleasant odors which are encountered with laminates formed by extrusion coating.
The laminates formed '! by extrusion coating also tend to curl or curl as the thermoplastic material is extruded, extremely high temperatures on unheated substrates which have a coefficient of thermal expansion different from that of the thermoplastic material. - than. Subsequently, upon refroldissoment, appreciable shrinkage of the thermoplastic material from the substrate sheet occurs, causing undesirable deformation.
The process according to the invention, which is carried out at relatively low temperatures, does not, however, cause this undesirable curving and the layer of thermoplastic material is heat-welded to itself at substantially lower uniform temperatures. compared to laminates with an extruded coating. Although thermoplastics, in general, exhibit a wide range of melting or heat-sealing temperatures, the data obtained indicated a difference in the heat-sealing temperatures of laminates made by the process according to the above. invention and those of laminates produced by extrusion coating and in which the thermoplastic film is polyethylene.
These data indicate that the polyethylene layer of a laminate made in accordance with the invention will heat-weld in a uniform manner, polymer to polymer, at a temperature substantially lower than that of the polyethylene layers of a laminate to. extruded coating.
This seems to be said to the fact that a superficial oxidation of the exposed polyethylene surface occurs and is caused by the high temperatures while in the following process
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according to the invention, no surface oxidation takes place because the lamination is carried out% * 4 at relatively low temperatures.
The tensioner 19 not only is designed and constructed to tension the film to remove wrinkles, but also cooperates with other elements of the system so as to
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stretches the film urgently so that any prints it may carry can be stretched in the
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desired measurement. The printing of the film to produce a desired stretch of these prints can be done in the same manner as described in Applicant's U.S. Patent Application No. 3q8.Y91 filed June 29, 1964. The print is printed. under tight or small lClJ <1 and is stretched before application to the substrate.
It should also be noted that the particular ink chosen has properties which cause it to adhere to the substrate when pressed in contact with it.
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A variant of the F1e-1 sy6t # a * is shown in FIG. 2 and allows 1e stMtiiier more than these thicknesses, and more partitalibrement, two sheets of dilbbt9Qk and one sheet of pololdt1r.d. your ng. 2 shows that the film of polyolefin F phese 3r a crazy rpuleau 20a whose surface is made of dielectric material. The 8Uat 8 is introduced into the ctratlticlltioa crew which includes deas outer rollers 2za and 23a and a 1 ": n! 1Ma median 2a which are all from eon8t; action e de tonct10DJW118nt identiqws atat rcmleaux 22, 23 and 24 de the 1ùP8t! i of 5t "'it1cat1OD repréumti at the tig. 1.
The 9elliaulo? can be found in. the trade avae a face tl '' '1tAJ, Do1t by process 4I'OXJ t1OD Ji using a gatt fiamme either by m p? <Med <of d40b &!' p corom as described: 'c1S top. Cepenc, t, ccwm 1IM & strat sheet must be 11o smc damc races dg la pollSeu1. ae polyolefin, it is necessary to treat the face
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untreated film so that the substrate sheets can be adhered thereto. However, a processing device, such as the electrode mechanism 30, is placed in close proximity to the untreated side of the film F in order to subject this film to electronic bombardment and to make this face polar.
It will also be understood that when the film F has no treated side, a second electrode mechanism can be installed to treat the other side of the film just before the film passes through the grip of the crew toe. stratification.
It appears from the preceding paragraphs that, in the process according to the invention, it is preferable that the substrates used are of the type normally found on the market and do not require any special pretreatment for this process. Note that the process according to the invention also contemplates using a thermoplastic film which can be adhered in an unheated state to the substrate sheet without requiring any adhesive additives or binders.
The invention therefore provides a novel and particular method for forming a laminate from a thermopolastic film and a substrate sheet which has superior qualities. to those of laminates made according to hitherto comparable techniques.
Of course, the invention is in no way limited to the details of execution described to which various changes and modifications can be made without departing from its scope.