-
Die Erfindung betrifft ein nichtmetallisches, polymeres
Bindeband.
-
In der nachfolgenden Beschreibung sind die Prozentsätze
der Zusammensetzungen gewichtsbezogen und sind die
Temperaturen in Grad Celsius angegeben, sofern nicht
ausdrücklich andere Angaben gemacht sind.
-
Bindebänder, die eine mittlere Drahtseele in einem
Kunststoff- oder Papierband aufweisen, werden allenthalben als
Verschlüsse verwendet, um beispielsweise
Kunststofftüten zu verschließen, Pflanzen an Pflanzstöcken
anzubinden, gebündelte elektrische Kabel zu befestigen, wie
auch für andere Befestigungszwecke. Die weitgestreute
Verwendung solcher Bindebänder resultiert aus ihren
zahlreichen, vorteilhaften Eigenschaften. Zum Beispiel
kann das gleiche Bindeband, das maschinell mit hoher
Geschwindigkeit z. B. an Brotverpackungen oder dergleichen
angebracht wird, auch manuell mit geringer
Geschwindigkeit und kleinem Kraftaufwand auch in einer anderen als
einer rotierenden Drillbewegung mit den Fingerspitzen
angebracht werden. Solche metallischen Bindebänder
können bei nur geringem Verlust an
Befestigungseigenschaft wiederverwendet werden, beispielsweise können
solche Bänder ohne Versagen bis zu zehnmal oder mehr
verwendet werden. Ferner können solche Bänder ohne
Rücksicht auf eine gerichtete Rotation verdrillt werden. Auch
können solche Bänder wechselnd in verschiedenen
Drehrichtungen verdrillt werden. Metall-Bindebänder erfüllen auch
dann ihre Wirkung, d. h. können verdrillt, aufgedrillt und
wiederverdrillt werden und halten mit einem festen
Drillschlag
über einen weiten Temperaturbereich, z. B. von
weniger als - 10º bis zu mehr als 65ºC.
-
Solche metallischen Bindebänder werden jedoch wegen
gewisser nachteiliger Eigenschaften nicht universell für
eine Vielzahl von Anwendungen bei
Nahrungsmittelverpackungen eingesetzt. So können beispielsweise viele
herkömmliche Nahrungsmittel derart verpackt sein, daß sie
in ihrer Originalverpackung im Mikrowellenherd erhitzt
werden. Metallische Bindebänder jedoch erzeugen
unerwünschte Entladungen, wenn sie Mikrowellenstrahlung mit
der in Mikrowellenherden üblichen Intensität ausgesetzt
werden.
-
In anderen Fällen ist es übliche Praxis, verpackte
Nahrungsmittel, z. B. in Scheiben geschnittenes Brot, auf
mögliche Anwesenheit von Spänen, Graten oder Feilspänen
von Schneidmessern oder anderen mechanischen
Einrichtungen zu inspizieren. In dieser Hinsicht ist es
wünschenswert, solche zugeschnittenen Nahrungsmittel nach
der abschließenden Verpackung mit Metalldetektoren zu
untersuchen. Die Verwendung von metallischen Bindebändern
macht dies unmöglich. Es sind deshalb viele
zugeschnittenen Nahrungsmittel und für die Behandlung unter
Mikrowellen geeignete Nahrungsmittel in Kunststofftüten
verpackt, die mit nicht-metallischen Verschlüssen, wie
flachen polymeren Bandverschlüssen, versehen sind, die
den Tütenhals begrenzender Öffnungen aufweisen, wie in
der US 3 164 250 A beschrieben, oder sie sind mit
Klebebändern versehen. Flache polymere Bandverschlüsse sind
oft unerwünscht, wegen ihrer relativ hohen Kosten und
ihres geringen Dichtungsvermögens. Klebebänder sind
unerwünscht, weil sie schwer zu lösen und im allgemeinen
nicht wiederverwendbar sind.
-
Es sind viele Versuche zur Herstellung nicht-metallischer
polymerer Bindebänder mit den erwünschten Eigenschaften
von Metallbindebändern gemacht worden. Diese Versuche
konnten bisher nicht zur Nachstellung einer ausreichenden
Anzahl der gewünschten Eigenschaften von
Metallbindebändern zur Erzeugung eines allgemein zufriedenstellenden
Bandes geführt werden. Zum Beispiel sind Polymerbänder
hergestellt worden aus plastifiziertem PVC-Band, das bis
zu 20% oder mehr an Plastifizierungsmittel enthält. Die
Wirkung so hoher Gehalte von Plastifizierungsmitteln ist
die, daß die Glasübergangstemperatur des Polymers
beispielsweise auf weniger als 30ºC absinkt. Wenn solche
hoch plastifizierten Bänder Temperaturen nahe oder
oberhalb der Glasübergangstemperatur ausgesetzt werden,
öffnen sich verdrillte Bänder vollständig. Solche Bänder
sind nur wirksam, wenn sie zu einem Knoten gebunden sind.
Alternativ ist vorgeschlagen worden, solche polymeren
Bindebänder aus unplastifiziertem PVC auszubilden. In
dieser Hinsicht wird auf Kirkpatrick verwiesen, der in
der US 3 565 738 A polymeres Bindematerial in Form von
halbstarren Bändern aus Kunststoff mit hohem Zugmodul und
und guten Falteigenschaften ähnlich denjenigen eines
Drahtes beschreibt. Von Kirkpatrick beschriebene
Polymere haben sich für maschinelle Banddrillgeräte als
ungeeignet erwiesen.
-
Andere nicht-metallische, polymere Verschlüsse, z. B. für
Kunststofftüten sind in den US-Patentschriften 3 334 805,
3 535 746, 3 604 066, 3 662 434, 3 945 086, 3 974 960 und
4 079 484 beschrieben.
Erfindungsziele
-
Ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines
nicht-metallischen, polymeren Bindebandes, das zum
Verschließen von Tüten oder Taschen auf manuelle Weise oder
mittels maschineller Bandbindegeräte geeignet ist.
-
Ein weiteres Ziel besteht darin, polymere,
nicht-metallische Bindebänder in funktioneller Form
bereitzustellen, d. h. Bindebänder, die verdrillt, entdrillt und
wieder verdrillt werden können und dennoch bei der zu
erwartenden Verwendung über einen weiteren
Temperaturbereich sicher halten.
-
Ein weiteres Ziel besteht darin, ein nicht-metallisches,
polymeres Bindeband vorzuschlagen, das in
Mikrowellenherden verwendet werden kann.
-
Weiterhin ist Ziel der Erfindung, ein polymeres,
nichtmetallisches Bindeband vorzuschlagen, das während der
üblichen Lebensdauer von Bindebändern gelöst und wieder
gebunden werden kann.
-
Ein weiteres Ziel besteht darin, ein nicht-metallisches,
polymeres Bindeband vorzuschlagen, das in funktioneller
Hinsicht metallisches Bindematerial in vorhandenen
automatischen Bindeeinrichtungen ersetzen kann. Ziel
bestimmter Ausführungsformen ist die Bereitstellung eines
polymeren, nicht-metallischen Bindebandes, das fest gebunden
bleibt, wenn es hohen, jedoch nicht ungewöhnlichen
Umgebungstemperaturen ausgesetzt ist. In vielen Fällen ist
dies schwierig zu erreichen bei der gleichzeitigen
Forderung, daß solche Bindebänder ebenso bei niedrigen
Umgebungstemperaturen funktionstüchtig sein müssen.
-
Weiterhin sind Gegenstand der Erfindung besondere
polymere Zusammensetzungen, die vorteilhafterweise zu einem
polymeren Bindeband extrudierbar sind, das eine große
Anzahl gemeinsamer Eigenschaften mit Metallbindebändern
aufweist.
-
Diese und andere Ziele und Gegenstände der Erfindung
werden besser erkennbar aus der folgenden detaillierten
Beschreibung.
Zusammenfassung der Erfindung
-
Es ist festgestellt worden, daß die vorgenannten Ziele
bei einem im wesentlichen organischen, nicht-metallischen
Band erzielt werden, das ein Polymermaterial mit einer
Glasübergangstemperatur größer als etwa 30ºC aufweist und
das ein Glas-/Gummiübergangsverhalten in einen
Temperaturbereich zwischen etwa 100 und etwa 40ºC zeigt. Wenn
solches Polymerband bei 20ºC unter Zugspannung gesetzt
wird, zeigt es Tragfähigkeit bei einer Spannung zwischen
etwa 3,5 und 62 MPa (500 bis 9000 psi). Diskrete Längen
eines solchen Bandes sind deshalb geeignet, durch
Verdrillen der Enden ein sich nicht selbstlösendes,
festhaltendes Bindeband zu bilden.
-
In vielen Ausführungen können diese Eigenschaften
vorteilhafterweise durch ein Band erreicht Werden, das beim
Verformen unter Zugspannung bei einem
Dehnungskoeffizienten von 0,1 bis 0,5 m/m und min (mpmpm) ein Nachgeben
oder Einschnüren zeigt. In vielen bevorzugten
Ausführungsformen werden die Ziele vorteilhafterweise durch ein
Band erreicht, das unter Zugspannung wenigstens 10%
Längeung zeigt.
-
Bänder gemäß der Erfindung werden vorteilhafterweise in
Filamentabschnitten vorgesehen, deren Länge im Vergleich
zu ihrem Querschnitt groß ist, der vor der Verwendung als
Bindeband im wesentlichen gleichförmig ist.
-
Eine besonders bevorzugte Ausführung ist in Fig. 4
gezeigt, wo ein dünnes, flaches Band eine von beiden
Seiten entfernte Rippe aufweist. Die Rippe kann eine
Breite von etwa 1 mm bis etwa 10 mm oder mehr,
vorzugsweise etwa 2 bis 6 mm aufweisen. Die zentrale Rippe kann
verrundet, rechteckig oder gepunktet sein und eine
Gesamtdicke von etwa 0,5 mm bis etwa 4 mm oder mehr,
vorzugsweise zwischen etwa 1 und 3 mm aufweisen.
-
In bevorzugten Ausführungen der Erfindung werden die
Ziele vorteilhafterweise erreicht durch ein Band, das
wenigstens etwa 50 Gewichtsprozent eines oder mehrerer
thermoplastischer Polymere aufweist, das aus der Gruppe
der Polyalkene, Terephthalate, Styrol-acrylnitril
Copolymere, Polystyrole und Polyvinylchloride ausgewählt ist
und in bevorzugten Ausführungsformen bis zu 50
Gewichtsprozent eines partikelförmigen elastomeren
Stoßmodifikators aufweist. Es ist allgemein wünschenswert, daß solche
Bänder einen über ihre Länge im wesentlichen
gleichbleibenden Querschnitt und in bestimmten Fällen wenigstens
eine Rippe entlang ihrer Länge aufweisen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Fig. 1, 2 und 3 zeigen Last/Deformationskurven, die
zur Charakterisierung des erfindungsgemäßen Bandes
geeignet sind.
-
Fig. 4 zeigt eine Teilansicht eines Querschnittes einer
Ausführungsform eines Bandes gemäß der Erfindung.
Kurzbeschreibung der Erfindung
-
In der Beschreibung und der beigefügten Ansprüche
wird der Begriff "Band" für ein Filamentabschnitt
verwendet, dessen Länge im Vergleich zu seiner
Querschnittsabmessung wesentlich größer ist. Ein solches Band kann im
wesentlichen dünn und flach sein oder einen irregulären
Querschnitt aufweisen, wie beispielsweise ein dünner
Bandquerschnitt mit einer oder mehreren Rippen. Ein
solches Band kann in der Praxis in jeder dem
beabsichtigten Zweck angepaßten Länge vorgesehen werden.
-
Der Begriff "im wesentlichen organisch" wird zur
Beschreibung eines bei einem Band gemäß der Erfindung
verwendeten Materials benutzt, das organische Polymere,
d. h. thermoplastische oder elastomere Polymere aufweist.
Solche im wesentlichen organischen Materialien können
einphasig vorliegen, d. h. als Mischung oder Verschnitt
von kompatiblen organischen Materialien, oder mehrphasig,
d. h. als Mischung von nicht-kompatiblen organischen
Polymeren.
-
Der Begriff "nicht-metallisch" bezeichnet ein Material,
das frei von einer reduzierten, kontinuierlichen
Metallphase, wie einem Metalldraht, ist. Das im wesentlichen
polymere Material, das bei einem erfindungsgemäßen Band
eingesetzt wird, kann jedoch disperse Metallsalze oder
Metalloxide, z. B. als Streckmittel,
Stabilisierungsmittel, Gleitmittel, verfahrenstechnische Hilfsmittel oder
dergleichen aufweisen.
-
Der Begriff "Glasübergangstemperatur" meint die
Temperatur, bei der das Polymermaterial des erfindungsgemäßen
Bandes aus einem glasartigen ,Zustand in einen
gummiartigen Zustand übergeht. Glasübergangstemperaturen werden
herkömmlicherweise durch Differentialkalorimetrie
ermittelt. Bänder gemäß der Erfindung weisen
Polymermaterial mit Glasübergangstemperaturen von wenigstens etwa
300 oder höher auf. In bevorzugter Ausführung haben die
Polymermaterialien Glasübergangstemperaturen von
wenigstens etwa 400 oder sogar 500 und bevorzugt von
wenigstens etwa 600 bis 650.
-
Ein Glas-/Gummiübergangszustand repräsentiert einen
Temperaturbereich, innerhalb dessen das Polymermaterial
des Bandes bei Zug Bruchverhalten zeigt, das mit Bezug
auf die Fig. 1, 2 und 3 der Zeichnung erläutert werden
kann. In diesen Abbildungen geben die Ordinaten, die mit
"Last" bezeichnet sind, die Anwendung von Zugspannung
wieder, die allgemein in Megapascal (MPa) oder Kilopond
pro cm² ausgedrückt wird. Die mit "Deformation"
bezeichnete Abszisse zeigt die Dehnung des Polymermaterials, die
allgemein in Prozent Längung ausgedrückt wird, d. h. in
der Änderung der Länge je Einheit der Originallänge.
-
Last/Verformungskurven und die zugehörigen Parameter, wie
Zugspannung, Bruchspannung und Dehnung sind definiert in
Übereinstimmung mit der American Society of Testing and
Materials (ASTM) Standard Test Methode D-882, bezeichnet
als "Standardmethoden zur Untersuchung der
Zugeigenschaften dünner Kunststoffolien", auf die nachstehend Bezug
genommen wird.
-
Fig. 1 zeigt eine Last/Verformungskurve eines spröden
Polymermaterials unter Zugverformung. Der Punkt "X" am
Ende der Kurve gibt das Versagen der Probe wieder, d. h.
das vollständige Versagen der belasteten Probe durch
Bruch. Ein solcher Bruch kann sich ergeben, wenn die
inneren molekularen Kräfte im schwächsten Bereich des
Molekularverbandes des Materials überschritten werden.
-
Fig. 2 zeigt die Last/Deformationskurve eines
Polymermaterials in einem Glas-/Gummiübergangszustand.
Vollständiges Versagen des belasteten Materials, d. h. der Bruch,
kann nach der Deformation über die Spitzenlast (mit "A")
nach Deformation in einem Dehnungsbereich, d. h. einem
Einschnürungsbereich (bezeichnet durch den Bereich
zwischen den Punkten "A" und "B"), nach Deformation in
einem Längungsbereich (bezeichnet durch den Bereich
zwischen den Punkten "B" und "C") oder während der
Deformation in einem Reckbereich (bezeichnet durch den Bereich
zwischen den Punkten "C" und "D") eintreten. Ohne eine
Einschränkung der Erfindung zu beabsichtigen, wird
angenommen, daß ein Polymermaterial, das eine Dehnung, wie
sie die im wesentlichen horizontale Kurve in dem Bereich
B-C zeigt, eine konstante Volumendeformation ohne
Auftreten von Fehlstellen erfährt. Es wird ferner angenommen,
daß ein Polymermaterial, das ein Reckverhalten, wie es
bei einer ansteigenden Kurve, wie im Bereich C-D, eine
Deformation mit Volumenminderung erfährt, d. h. durch
Bildung von Fehlstellen (Hohlräumen) ein Phänomen, das
allgemein als "crazing" (Mikrorißbildung) bezeichnet
wird. In gewissen Fällen können beide Arten von
Deformationen in gewissen Grad gemeinsam ablaufen, wie dies
durch eine schwach ansteigende Kurve im Bereich B-C
wiedergegeben ist.
-
Fig. 3 zeigt eine Last-/Verformungskurve für ein
elastisches oder gummiartiges Polymermaterial unter
Zugbeanspruchung. Polymermaterialien oberhalb der
Glasübergangstemperatur werden im allgemeinen ein solches
gummiähnliches Verhalten zeigen.
-
Polymermaterialien oberhalb ihrer
Glasübergangstemperatur, daß heißt elastomere oder hochplastifizierte
Thermoplaste, werden im allgemeinen eine Last/Verformungskurve
gemäß Fig. 3 unabhängig von der Spannungsrate aufweisen.
Es wurde auch gefunden, daß Polymermaterialien, die ein
solches elastisches Verhalten bei Temperaturen unterhalb
30º oder im Falle der bevorzugten Ausführungsform
unterhalb höherer Temperaturen, z. B. 40º oder auch über 50º,
zeigen, ungeeignet sind, um zu Bändern gemäß der
Erfindung verarbeitet zu werden. In bevorzugter Ausführung
sind Polymermaterialien, die ein solches elastisches
Verhalten selbst unterhalb höherer Temperaturen, z. B. 60º
oder 65º zeigen, zur Verarbeitung in Bändern ungeeignet.
Solche Bänder aus elastischem Material werden bei den zu
erwartenden hohen Umgebungstemperaturen für das Band
keinen festen Bindehalt geben. Andere thermoplastische
Materialien, d. h. nicht-elastomere Polymere unterhalb der
Glasübergangstemperatur können jedoch
Last/Verformungskurven wie in Fig. 1 und 2 zeigen in Abhängigkeit von
der auf das Polymermaterial angewandten Spannungsrate.
-
Es wurde festgestellt, daß die Auswahl von
Polymermaterialien, die als Bindebänder entsprechend der Erfindung
geeignet sind, Zugeigenschaften aufweisen, die durch
Spannungsraten charakterisiert sind, die sich der auf das
Band in automatischen Bandbindegeräten ausgeübten
Spannungsrate nähern, wie auch denjenigen Spannungsraten, die
beim manuellen Verdrillen des Bandes auftreten. Beispiele
für automatische Bandbindegeräte sind in den
US-Patentschriften 3 138 904 und 3 919 829 erläutert.
-
Polymermaterialien, die zu Bändern gemäß der Erfindung
gebildet sind, können das in Fig. 1 gezeigte
Sprödverhalten zeigen, wenn sie einer hohen Spannungsrate, z. B.
bei 10 mpmpm ausgesetzt sind, aber noch ein Glas-/Gummi-
Übergangsverhalten gemäß Fig. 2 zeigen, wenn sie einer
Spannung bei niedrigerer Dehnungsrate, z. B. 0,1 bis
0,5mpmpm ausgesetzt sind. In dieser Hinsicht ist
festgestellt worden, daß Polymermaterialien für die
Herstellung von Bändern, die als Bindebänder gemäß der Erfindung
geeignet sind, auf der Basis des gezeigten Glas-/Gummi-
Übergangsverhaltens zwischen ungefähr 10º und 30º, d. h.
bei 25º, ausgewählt werden können, wenn sie einer
Zugspannung mit einer Dehnungsrate zwischen ungefähr
0,1ipipm und 0,5ipipm ausgesetzt sind. Bevorzugte
Materialien zeigen ein solches Glas-/Gummi-Übergangsverhalten
in niedrigeren Temperaturbereichen, beispielsweise
zwischen 0º, vorzugsweise -10º, und höheren Temperaturen,
beispielsweise 40º oder 50º und vorzugsweise bis zu 60º
oder 65º.
-
In vielen Ausführungen der Erfindung zeigen
Polymermaterialien mit einem Glas-/Gummi-Übergangsverhalten unter
Zugspannung ein Nachgeben unter einer Spannung zwischen
ungefähr 3,5 und 62MPa (500 bis 6000 psi). In bevorzugten
Ausführungen der Erfindung zeigt das Polymermaterial eine
Fließspannung zwischen ungefähr 7 und 34 MPa (1000 bis
5000 psi). In noch weiter bevorzugter Ausführung zeigt
das Polymermaterial eine Fließspannung zwischen 14 und 28
MPa (2000 bis 4000 psi). Dies bedeutet mit Bezug auf
Fig. 2, daß das Polymermaterial eine
Last/Verformungskurve zeigt, die wenigstens über dem Punkt "A" bei den
gewünschten Temperaturen und im gewünschten Bereich der
Fließspannung hinausgeht.
-
In vielen bevorzugten Ausführungen der Erfindung zeigt
das Polymermaterial in Bandform eine
Last/Verformungskurve, die sich mindestens bis zum Punkt B der Kurve in
Fig. 2, die das Einschnüren des Polymermaterials unter
Spannung wiedergibt, erstreckt. In vielen anderen
bevorzugten Ausführungsformen zeigt das Polymermaterial in
Bandform weiterhin eine Längung nach dem Einschnüren, wie
sie im Bereich B-10 der Kurve gemäß Fig. 2 gezeigt ist.
Diese Längung kann variieren, beispielsweise in
Abhängigkeit von der Dehnungsrate. In manchen Fällen kann ein als
Bindeband geeignetes Band hergestellt werden, wenn der
Betrag der Verformung durch Längung gering ist, d. h.
kleiner als etwa 30% oder noch weniger, z. B. weniger als
10% oder gar vernachlässigbar ist. Dieser
Längenverformung folgt häufig ein Recken vor dem Bruch. In
bevorzugten Ausführungsformen zeigt das Polymermaterial, das zu
Bändern für Bindebänder verarbeitet ist, eine maßgebliche
Verformung durch Längung, z. B. von wenigstens 50% oder
mehr, also etwa 200% oder mehr. Diese Verformung kann
durch die Gesamtverformung angenähert werden, da die
Gesamtverformung durch Einschnüren oft geringer ist als
die Gesamtverformung durch Längung. In vielen bevorzugten
Ausführungsformen wird die Last/Verformungskurve, die das
Polymermaterial in Bandform im Längungsbereich B-C zeigt,
im wesentlichen horizontal oder leicht ansteigend
verlaufen.
-
Für Bänder, die als Bindebänder geeignet sind, ist es
wünschenswert, daß das Band in der Lage ist, in einer
festhaltenden Bindung verdrillt, gelöst und einige Male
erneut verdrillt zu werden, nämlich mindestens etwa 10
Mal, vorzugsweise 30 Mal oder mehr. Die Forderung nach
mehrfacher Verdrillbarkeit basiert auf dem im allgemeinen
zu erwartenden, erneuten manuellen Verdrillen des Bandes
um Verpackungsmaterial, z. B. Brotverpackungen zu
verschließen. Bänder aus Polymermaterialien, die diese
Kriterien nicht erfüllen, zeigen häufig Ermüdungsbruch.
-
Solcher Ermüdungsbruch kann charakterisiert werden durch
einen "RETIE"-Parameter (Drillparameter), der dadurch
bestimmt wird, daß das Band mit drei vollen Windungen in
einer Richtung verdrillt, anschließend entdrillt und mit
drei vollen Windungen in der entgegengesetzten Richtung
verdrillt wird solange, bis es zum Bruch kommt. Bänder
gemäß der Erfindung sollten in der Lage sein, mehrfach in
alternierenden Richtungen verdrillt zu werden, z. B. einen
RETIE von wenigstens 10 oder mehr ohne Bruch zeigen. In
bevorzugter Ausführung werden Bänder einen RETIE von
wenigstens 30 ohne Bruch zeigen.
-
Eine andere Möglichkeit zur Charakterisierung des
Ermüdungsbruchs ist der "DEADFOLD" (Bruchfaltung), der
dadurch bestimmt wird, daß das Band manuell in
alternierenden Richtungen um 180º gebogen wird, bis der Bruch
beobachtet wird. Polymermaterial, das bei Bändern gemäß der
Erfindung geeignet ist, sollte wenigstens 10
alternierende volle 180º Faltungen vor dem Bruch zeigen, d. h. einen
DEADFOLD von wenigstens 10. Bevorzugte Materialien werden
einen DEADFOLD von wenigstens 30 oder mehr zeigen. In
vielen bevorzugten Ausführungsformen wird das Band gemäß
der Erfindung ein Polymermaterial aufweisen, das es dem
Band gestattet, einen DEADFOLD von wenigstens 50 oder
mehr ohne Bruch zu zeigen.
-
Werkstoffe, die sich zur Herstellung von Bändern gemäß
der Erfindung als geeignet erwiesen haben, weisen im
wesentlichen organische Polymere auf, die in Bandform die
oben beschriebenen physikalischen Eigenschaften erfüllen.
Beispielsweise zeigen solche im wesentlichen organischen
Polymere in Bandform wenigstens eine
Glasübergangstemperatur höher etwa 30º, ein
Glas-/Gummi-Übergangsverhalten in einem Temperaturbereich von etwa 10º bis 40º und
unter Zugspannung bei 25º ein Nachgeben bei einer
Belastung zwischen etwa 3,5 und 62 MPa (500 bis 9000 psi).
Bevorzugte, im wesentlichen organische Polymere werden in
Bandform die oben beschriebenen bevorzugten Eigenschaften
aufweisen.
-
Solche im wesentlichen organischen Polymere können
einschließen Verschnitte, Legierungen und Mischungen von
kompatiblen und nicht-kompatiblen Polymeren. Es wurde
gefunden, daß einige organische Polymere per se diese
Eigenschaften erfüllen; andere organische Polymere
erfordern den Zusatz von Stoßmodifikatoren, wieder andere
erfüllen die Forderungen, wenn sie mit Plastifikatoren
gemischt sind. Mit der Kenntnis der oben beschriebenen
Kriterien und den hier beschriebenen beispielhaften
Zusammensetzungen können solche Materialien vom Fachmann
ohne weiteres formuliert werden. Geeignete Polymere
umfassen Polyalken-Terephthalate, z. B.
Polyethylenterephthalat und Polybutilenterephthalat, Styrol-Acrylnitril
Copolymer, Polyvinylchlorid und Polystyrol und Mischungen
derselben. In manchen bevorzugten Ausführungsformen sind
diese Polymere mit Gehalten von wenigstens 50% und bis zu
100% des Polymers vorhanden, d. h. wenigstens im Fall
bestimmter Sorten von Polyethylen-Terephthalaten und
Polyvinylchloriden.
-
In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist es
wünschenswert sogenannte partikelförmige
Gummi-Stoßmodifikatoren mit einem Anteil bis zu 50%, beispielsweise 5, 10,
20 oder 30% vorzusehen. Solche Stoßmodifikatoren können
Elastomere, wie Butadien-Copolymer, Mischungen aus
Butadien-Styrol-Copolymer, Butadien-Akryilnitril-Copolymer
und Akryl-Elastomer, z. B. Butylakrylat Copolymere und
Mischungen derselben aufweisen. Ein geeignetes Butadien-
Akrylnitrilelastomer weist ein Gummi-Pfropfcopolymer mit
einem Gummikern aus Butadien-Akrylnitrilelastomer,
gebunden an eine Polymerfläche aus Styrol-Akrylnitril auf, wie
beispielsweise in der US-Patentschrift 4 510 287, Teil A
von Beispiel 1 beschrieben. Ein geeignetes
Akryl-Elastomer weist ein mehrphasiges Mischpolymerisat mit einem
Gummikern aus Butylakrylat-Elastomer, gebunden an eine
thermoplastische Polymeroberfläche aus Methylmetakrylat,
z. B.
Acryloid KM-330 der Firma Röhm & Haas Comp., auf.
Solche Stoßmodifikatoren sind häufig verwendet worden in
Polymerzusammensetzungen mit Gehalten bis etwa 10%. Es
wurde überraschend gefunden, daß die Verwendung von
Stoßmodifikatoren mit Gehalten bis zu 30% oder mehr, z. B.
selbst bis etwa 40% oder mehr dem Polymermaterial
außergewöhnliche Eigenschaften verleiht, die es für Bänder
gemäß der Erfindung geeignet macht.
-
Zur Erzielung gleichförmiger Eigenschaften für Bänder,
die als Bindebänder geeignet sind, wurde gefunden, daß
solche Stoßmodifikatoren vorzugsweise in kleiner
Partikelform zugegeben werden, um eine gleichmäßige Verteilung
des Stoßmodifikators in dem im allgemeinen schmalen
Querschnitt des Bandes gemäß der Erfindung zu erreichen.
Stoßmodifikatoren mit einem Partikeldurchmesser weniger
1mm und vorzugsweise etwa 2,5mm und kleiner wurden als
vorteilhaft festgestellt.
-
In einigen Fällen wurde gefunden, daß die bloße Zugabe
eines Plastifikators zu Thermoplasten, z. B.
Polyvinylchlorid, ein Polymer ergeben kann, das als Band im Rahmen
der Erfindung geeignet ist. Bei Bändern gemäß der
Erfindung verwendete Polymere können auch Mischungen aus
Thermoplasten aufweisen, z. B. thermoplastische Polymere
und Stoßmodifikatoren und kompatible Plastifikatoren,
vorausgesetzt, daß die Glasübergangstemperatur des
Thermoplastes nicht unterhalb eines bestimmten Niveaus,
z. B. etwa 30ºC oder höher, vorzugsweise nicht niedriger
als etwa 50ºC oder 60ºC, reduziert ist. Polymere
enthalten häufig vorteilhafterweise andere Additive, wie
Antioxydantien, Prozeßhilfsmittel, z. B. metallorganische
Salze, wie Magnesium-Stearat, Füllstoffe, wie
Kalziumkarbonat, Pigmente oder dergleichen.
-
Polymere werden vorteilhafterweise durch Extrudieren
einer gemischten Polymerschmelze der oben beschriebenen
Polymere durch eine Matrize zu Bändern verarbeitet. In
den meisten Fällen ist eine Doppelextrusion bevorzugt, um
eine homogenere Schmelze zu erhalten. Das Band wird
vorzugsweise unter Zugspannung extrudiert und durch
Passieren eines Wasserbades abgekühlt, z. B. bei
Temperaturen von wenigstens 10º unterhalb der
Glasübergangstemperatur des Polymers. Das gekühlte Band wird vorzugsweise
unter Zugspannung aufgenommen, z. B. auf Vorratsspulen vor
der Verwendung als Bindeband. Bänder gemäß der Erfindung
können auch in einer perforierten Folienform vorgesehen
werden, wobei die Folie unter ähnlichen Bedingungen, wie
bei einem Band, extrudiert wird. Solche Folien werden in
gewünschter Weise perforiert, um das Abtrennen diskreter
Längenabschnitte von dem Band zu ermöglichen.
-
Wie zuvor angedeutet, kann ein Band, das als Bindeband
geeignet ist, in vielfacher Weise verwendet werden. Eine
besonders vorteilhafte Verwendung besteht im Verschließen
oder Sichern von Tüten bzw. Taschen, z. B. Kunststofftüten
für Nahrungsmittel, wie Brot oder Nahrungsmittel, die mit
Mikrowelle erhitzt werden können. Das Verschließen und
Sichern von Tüten und Taschen geschieht dadurch, daß ein
offenes Ende der Tüte zur Bildung eines verengten
"Halses" zusammengefaßt wird, der von einem Band gemäß der
Erfindung umschlungen wird. Die Enden des Bandes werden
dann zu einer festen Bindung verdrillt.
-
In der nachfolgenden Beschreibung werden besondere
Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung erläutert, ohne
damit den Schutzumfang der Erfindung einzuschränken.
Beispiel 1
-
Bei diesem Beispiel wird die Herstellung eines Bandes
gemäß der Erfindung auf der Basis von
Polyethylenterephthalat beschrieben:
-
Polyethylenterephthalat, nämlich KODAPET PET 7353 der
Eastman Kodak Company (KODAPET eingetragenes
Warenzeichen) kurz "PET" wurde in einem Ofen bei 130ºC für 12
Stuncien getrocknet, dann geschmolzen und durch eine
Matrize in einen Strang exdrudiert, der in einem
Wasserbad bei 20ºC abgekühlt wurde. Der abgekühlte Strang wurde
in Pellets geschnitten, die in einem Ofen bei 90º für 3
Stunden getrocknet wurden. Die getrockneten Pellets
wurden geschmolzen und durch eine Matrize zu einem Band
extrudiert, das in einem Wasserbad bei 20ºC gekühlt
wurde. Das Band, das eine Geometrie ähnlich der in Fig.
4 aufwies, wurde unter Zugspannung aufgespult. Das Band
hatte eine Breite von etwa 3,8mm und eine zentrale Rippe,
die sich von beiden Seiten des Bandes zu einer
Gesamtdicke von etwa 1,2mm erstreckte. Das Band hatte ein
Grundgewicht von etwa 1,9 g/m.
-
Bei einer Zuganalyse, die bei 25ºC und 50% relativer
Luftfeuchtigkeit durchgeführt wurde, zeigte das Band eine
Last-/Verformungskurve ähnlich derjenigen der Fig. 2 mit
Verformung an einem Punkt in dem Bereich B-C, der die
Längung nach der Einschnürung zeigt. Das Polymer des
Bandes befand sich in einem Glas-/Gummiübergangszustand
bei einer Dehnungsrate zwischen 0,1 und 10,0 mpmpm. Die
Ergebnisse der Zuganalyse sind in der nachfolgenden
Tabelle 1 aufgezeigt.
Tabelle 1 Zuganalyse
Dehnungsrate, Streckspannung, Deformation,
-
Das Band zeigte bei der Analyse des Ermüdungsbruchs
einen RETIE größer 30 und einen DEADFOLD größer 50 ohne
daß Bruch auftrat.
-
Das Band wurde in einer automatischen Tütenschließ- und
Bindemaschine (Modell 50-7, Burford Corporation)
eingesetzt bei einer Leistung von 60 Tüten pro Minute. Die
Maschine erzeugte dichte Drillbindungen
("Maschinenbindungen") mit 1 bis 1 1/2 Drillschlägen.
-
Aus dem Band hergestellte Drillbänder wurden in einem
Ofen einer Temperatur von 650 für 30 Minuten ausgesetzt;
die Drillung löste sich nicht ("65º Ofen": Verdrillung
hält).
Beispiele 2 bis 6
-
Die Beispiele 2 bis 6 erläutern die Herstellung von
Bändern gemäß der Erfindung auf der Basis von PET und
elastomeren Stoßmodifikatoren.
-
Das PET wird gemäß Beispiel 1 getrocknet und anschließend
gemischt mit Polymermaterial aus folgender Gruppe:
-
(A) Acryl-elastomerer Stoßmodifikator, ACRYLOID
KM-330 -(eingetragenes Warenzeichen) der Röhm
und Haas Company, das in einem Ofen bei 80 bis
90º für 12 Stunden getrocknet wurde ("AIM");
-
(B) Butadien-Styrol Elastomer, FINAPRENE 416 (70%
Butadien, 30% Styrol-Blockcopolymer) der FINA
Oil and Chemical Company, wurde in einem Ofen
bei 80 bis 90º für 12 Stunden ("BIM")
getrocknet und
-
(C) N-Talk, Toluolsulfonamid-Plastifizierer,
MXP-2097 der Monsanto Company, ("MXP").
-
Wie im Beispiel 1 wurde die polymere Mischung extrudiert
zur Erzeugung gekühlter Stränge, die in Pellets
geschnitten wurden; die getrockneten Pellets wurden zu
Bändern extrudiert, die gekühlt und unter Spannung auf
Spulen aufgenommen wurden. Zusammensetzungen und
Ergebnisse der Zuganalyse der Bänder sind in der folgenden
Tabelle 2 wiedergegeben.
Tabelle 2
Beispiel Formulierung Streckspannung Deformation
-
Die jeweils 3 Werte für die Streckspannung und die
Deformation gelten für Dehnungsraten von 0,1; 0,5 und 10,0
mpmpm.
-
Jedes der Bänder der Beispiele 2 bis 6 zeigte einen RETIE
größer 30 und einen DEADFOLD größer 50. Bei sämtlichen
Bändern, ausgenommen jenen der Beispiele 4 und 5, hielten
die Drillbindung dicht bei einer Verweilzeit von 30
Minuten in einem Ofen von 65º. Die Maschinendrillung des
Bandes von Beispiel 2 betrug 1/2 bis 1 1/2 Schläge, von
Beispiel 3 bis 5 1 1/2 Schläge und von Beispiel 6 und 7 1
bis 1 1/2 Schläge.
Beispiele 7 bis 13
-
Die Beispiele 7 bis 13 erläutern die Herstellung von
Bändern auf der Basis von Polyvinylchlorid. Die Bänder
wurden hergestellt aus Polymeren der folgenden Gruppen.
-
(A) AIM, wie in den Beispielen 2 bis 6
-
(D) Polyvinylchlorid "GEON 30", Strukturviskosität:
1,03 der BF Goodrich Company ("PVC 30");
-
(E) Polyvinylchlorid, GEON 110, Strukturviskosität:
0,68 der BF Goodrich Company ("PVC 110") und
-
(F) Butyl-benzylphthalat Plastifizierungsmittel,
S-160 der Monsanto Company ("S-160").
-
Das Polyvinychlorid-Material wurde in einem Ofen bei 130º
C für 12 Stunden getrocknet. Polyvinychlorid und
Mischungen von Polyvinychlorid und anderen Polymeren wurden
einem Extruder zugeführt, geschmolzen und in ein
Wasserbad von 20º extrudiert zur Bildung eines Bandes, das eine
Geometrie ähnlich der in Fig. 4 gezeigten aufwies und
unter Zugspannung aufgespult wurde. Die Zusammensetzungen
und die Ergebnisse der Zuganalyse der Bänder sind in der
folgenden Tabelle 3 aufgeführt.
Tabelle 3
Beispiel Zusammensetzung Gew.-% Streckspannung Deformation
-
(a) Die jeweils drei Werte für die Streckspannung und
die Deformation wurden bei Dehnungsraten von 0,1;
0,5 und 10,0 mpmpm festgestellt.
-
(b) Zugspannung bei Sprödversagen vor Einschnürung.
-
(c) Das Band zeigte gummiähnliches Verhalten wie in
Fig. 3.
-
Die Bänder wurden nach ihrem Ermüdungsbruch und danach
bewertet, ob sie eine Drillbindung bei 65º
aufrechterhalten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 aufgezeigt.
Tabelle 4 Ermüdungsanalyse
Beispiel RETIE DEADFOLD 65º Ofentemperatur Verdrillung hält entdrillt
-
(a) Das Band war zu elastisch, um durch Ermüdung zu
versagen;
-
(b) Das Band entdrillte sich bei 25º.
-
Die Ergebnisse der Maschinendrillung sind in Tabelle 5
wiedergegeben.
-
Tabelle 5
-
Beispiel Drillung (maschinell)
-
7. (1
-
8. 1 - 1 1/2
-
9. < 1
-
10. 1/2 - 1
-
11. < 1
-
12. 0
-
13. 1 - 1 1/2
-
Die oben wiedergegeben Beispiele für die Ermüdungsanalyse
zeigen, daß das Band gemäß Beispielen 9, 10 und 13 für
Bindebänder ungeeignet ist. Das hochplastifizierte Band
gemäß Beispiel 12 hat eine Glasübergangstemperatur > 30º
und ist gleichfalls für Bindebänder ungeeignet.
Beispiele 14-15
-
Die Beispiele 14 bis 15 zeigen die Herstellung von
Bändern auf der Basis von Polystyrol, LUSTREX 4300
(eingetragenes Warenzeichen), ein hoch-stoßfestes Polystyrol
der Monsanto Company ("HIPS"), das zusätzlich AIM
enthält.
-
Das HIPS wurde in einem Ofen bei 130º für 12 Stunden
getrocknet. Das Polymer wurde in Pellets und dann in
Bandform gemäß Beispiel 2 erzeugt. Die Zusammensetzung
und die Ergebnisse der Zuganalyse sind in Tabelle 6
wiedergegeben.
Tabelle 6
Beispiel Zusammensetzung Gew.-% Streckspannung Deformation
-
Die jeweils drei Werte für die Streckspannung und die
Deformation wurden bei Dehnungsraten von 0,1; 0,5 und
10,0 mpmpm aufgenommen.
-
Die Bänder wurden in ihrem Ermüdungsverhalten und
dahingehend bewertet, ob eine Bandbindung einer Temperatur von
65º standhält. Die Ergebnisse zeigt Tabelle 7.
Tabelle 7 Ermüdunganalyse
Beispiel RETIE DEADFOLD 65º Ofentemperatur Verdrillung hält
-
Obgleich das Band gemäß Beispiel 14 eine Einschnürung und
Glas-/Gummiübergangsverhalten zeigte, ergab die
Ermüdungsanalyse, daß das Band zu spröde ist, um zur
Verwendung als Bindeband geeignet zu sein. Das Band gemäß
Beispiel 15 zeigte sich als für das Maschinendrillen mit
1 bis 1/2 Schlägen geeignet.
Beispiel 16
-
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung eines Bandes einer
Mischung aus Butadien-Gummi mit Styrol-Acrylnitril
Copolymer.
-
Ein Gummi-Propfcopolymer mit kleiner Partikelgröße, z. B.
etwa 0,18 u, das aus Butadien, Acrylnitril und Styrol
besteht, wurde entsprechend Teil A des Beispiels 1 der
US-Patentschrift 4 510 287 hergestellt ("ABS"). Dieses
ABS wurde in einem Ofen bei 130º für 12 Stunden
getrocknet und mit AIM (Zubereitet gemäß Beispiel 2) gemischt.
-
5 Die Polymermischung (90% ABS, 10% AIM) wurde geschmolzen
und in ein Wasserbad von 20º extrudiert zu einem Strang,
der in Pellets geschnitten wurde. Die Pellets wurden in
einem Ofen bei 90º für drei Stunden getrocknet,
geschmolzen und in ein Wasserbad von 20º unter Bildung eines
Bandes extrudiert, das auf Spulen aufgewickelt wurde. Das
Band hatte eine Geometrie ähnlich der in Fig. 4
gezeigten.
-
Die Ergebnisse der Zuganalyse sind in Tabelle 8
wiedergegeben.
Tabelle 8
Beispiel Streckspannung Deformation
-
(a) Die drei Werte für die Streckspannung und die
Deformation wurden bei Dehnungsraten von 0,1; 0,5 und
10,0 mpmpm aufgenommen.
-
(b) Sprödbruch bei 10,0 mpmpm.
-
Die Ermüdungsanalyse des Bandes zeigte einen RETIE von 26
und einen DEADFOLD größer 50.
-
Bei der Maschinendrillung wurde eine dichte Drillung mit
1 1/2 Schlägen hergestellt. Die Drillung blieb bei einer
Ofentemperatur von 65ºC (3 Stunden) aufrechterhalten.