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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf anpassungsfähige und ausstanzbare biaxial
orientierte Filme und Labelstocks, und genauer gesagt auf biaxial
gestreckt-orientierte Monoschicht- und Mehrschichtfilme und Labelstocks.
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Hintergrund der Erfindung
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Lange
Zeit wurde druckempfindlicher Haftmittelgrundwerkstoff für Etiketten
durch die Bereitstellung eines Sichtflächenschicht- oder Facestockmaterials
für das
Etikett oder Schild, das rückseitig
mit einer Schicht aus druckempfindlichem Haftmittel versehen ist,
die wiederum von einem Trägermaterial
oder Träger
abgedeckt ist, hergestellt und vertrieben. Das Trägermaterial
oder der Träger
schützen
das Haftmittel während
des Versands und der Lagerung und ermöglichen die effiziente Handhabung
einer Gruppe einzelner Etiketten, nachdem die Etiketten ausgestanzt
und die Matrix von der Schicht aus Facestockmaterial abgestreift
worden ist, und bis zu dem Punkt, wo die einzelnen Etiketten der
Reihe nach auf einer Etikettierstrecke abgegeben werden. In der
Zeit vom Ausstanzen bis zur Abgabe bleibt das Trägermaterial oder der Träger ungeschnitten und
kann zur Lagerung, zum Versand und zur Entwicklung der Gruppe einzelner
Etiketten, die darauf getragen werden, aufgerollte werden oder nicht.
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Der
Mangel an der zuverlässigen
Abgabe ist typischerweise dadurch gekennzeichnet, daß das Etikett dem
Träger
um die Ablöseplatte
folgt, ohne das es zum Aufbringen auf das Substrat abgegeben oder
vom Träger „gelöst" wird. Es wird angenommen,
daß ein
solcher Abgabemangel mit erhöhten
Ablösewerten
zwischen dem Etiketten-Facestockmaterial und dem Trägermaterial
in Verbindung steht. Die Abgabefähigkeit
hängt auch
von der Steifheit des Facestocks ab. Eine mangelnde Abgabe kann
sich auch durch das Kräuseln
des Etikettes aufgrund fehlender Etikettensteifheit bei der Abgabegeschwindigkeit,
bei der es vom Träger
auf das Substrat übertragen
wird, auszeichnen. Ein anderer besonderer Bedarf in vielen Etikettieranwendungen
ist die Fähigkeit
Etiketten aus einem Polymerfilm bei hohen Bandlaufzeiten aufzubringen,
da eine Erhöhung
der Bandlaufzeit offensichtliche Kostensparvorteile hat.
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In
vielen Etikettanwendungen ist das Facestockmaterial wünschenswerterweise
ein Film aus polymerem Material, das Eigenschaften, die Papier fehlen,
wie Klarheit, Haltbarkeit, Festigkeit, Wasserbeständigkeit, Abriebbeständigkeit,
Glanz und andere Eigenschafen, liefert. In der Vergangenheit ist
polymeres Facestockmaterial mit Dicken größer als etwa 3 mil (75 Mikrometer)
verwendet worden, um so die Abgabefähigkeit in automatischen Etikettierapparaten
sicherzustellen. So wurden zum Beispiel plastifizierte Polyvinylchloridfilme von
etwa 3,5 bis 4,0 mil (87,5 bis 100 Mikrometer) in Etikettieranwendungen
verwendet, da diese Filme die gewünschten Flexibilitätsmerkmale
zeigten. Jedoch wurde die Migration der Weichmacher, die in PVC-Filmen zur
Umwandlung der normalerweise steifen Filme in flexible Filme verwendet
wurden, als ein Hauptproblemgebiet für diese Arten von Filmen betrachtet,
was zum Verlust der gewünschten
Eigenschaften wie Haftung, Farbbildung, Schrumpfung und Flexibilität führte. Schließlich führte die
Migration des Weichmachers zu Faltenbildung, Rißbildung und visuellen Verschlechterung
des Facestocks und/oder Etiketts. Auch die Verringerung der Dicke
oder „Abmessung" des Facestockmaterials
ist wünschenswert,
um so Materialkosten zu sparen. Eine solche Verringerung der Facestockdicke
führte
oftmals zu einer geringeren Steifigkeit und dem Unvermögen, die
Etiketten zuverlässig
kommerziell akzeptabel unter Verwendung automatischer Einrichtungen auszustanzen
und abzugeben. Auch aus Umweltgründen
mußten
Etiketten dringend aus anderen Polymerfacestocks als Polyvinylchlorid
hergestellt werden.
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Polymere
Materialien, die im Stand der Technik zur Herstellung von Etiketten
als nützlich
vorgeschlagen wurden, umfassen biaxial orientiertes Polypropylen
(„BOPP") mit einer Dicke
bis hinunter auf etwa 2,0 mil (50 Mikrometer). Diese Materialien
sparen Kosten, da sie relativ kostengünstig sind, und sie sind ausreichend steif
für eine
gute Abgabe. Diese Materialien verfügen jedoch auch über relativ
hohe Zugmodul werte sowohl in Maschinenrichtung (MD) als auch Querrichtung
(CD), was zu Etiketten führt,
die nicht sehr anpassungsfähig sind.
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Auf ähnliche
Anpassungsfähigkeitsprobleme
stieß man
auch in bezug auf steife Oberflächen
wie Glas. Werden beispielsweise biaxial orientierte Filme auf steife
Substrate wie Glasflaschen aufgebracht, ist das Aufbringen nicht
vollständig
erfolgreich. Die relativ steifen Etiketten überbrücken Oberflächenvertiefungen und die Formnähte, die
aus den Flaschenformungsverfahren resultieren, führen zur einem unerwünschten
Oberflächenerscheinungsbild
des aufgetragenen Etiketts, was wie eingeschlossene Luftblasen aussieht.
Dies erschwerte zu einem gewissen Grad die Verwendung von druckempfindlichen
Haftetiketten als Ersatz für
die Glasflaschenetikettiertechniken des Standes der Technik wie
Keramiktinte, die während
der Glasflaschenherstellungsverfahren direkt mit der Flaschenoberfläche verbunden
wird, da Verbraucher dies nicht ansehnlich finden. Solche Keramiktintentechniken
sind aufgrund schädlicher
Tintenkomponenten und der Kontamination der Tinte im zerstoßenen Flaschenglas
in Recyclingverfahren umwelttechnisch nicht wünschenswert. Auch Ansätze zur Verwendung
der relativ steifen orientierten Polypropylenfilme auf flexiblen
Substraten wie Kunststoffflaschen sind nicht besonders erfolgreich
gewesen, da die Etiketten nicht die gewünschte Flexibilität zum Angleichen an
die flexiblen Kunststoffbehälter
hatten. Orientierte Polypropylenfilme sind zudem schwerer zu bedrucken
als PVC- oder Polyethylenfilme.
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Andere
nützliche
Materialien sind unorientierte Polyethylen- und Polypropylenfilme,
die auch relativ kostengünstig
und anpassungsfähig
sind. Diese beiden Filme sind jedoch schwer auszustanzen und können nicht
so gut bei kleinen Kalibern abgegeben werden. In Europa ist ein
unorientiertes, relativ dickes Polyethylenfacestock erfolgreich
bei der Herstellung von Etiketten verwendet worden. Das Facestock
ist ausstanzbar, und die Etiketten können in automatischer Hochgeschwindigkeitsdispenserausrüstung abgegeben
werden. Die normale Dicke dieses "Standard"-Polyethylenfacestocks in Europa beträgt etwa
4,0 mil (100 Mikrometer). Bisher gab es keine annähernd erfolgreichen
Ansätze
zur Verringerung der Abmessung des Polyethylenfacestocks zur Verringerung
der Kosten, da das dünnere
Polyethylenfacestock mit der Düse,
die eine Narbe auf dem Träger
und Fäden
auf dem gestanzten Etikett hin terläßt, nicht ohne weiteres ausstanzbar
ist. Überdies
ist das dünnere
Facestock aufgrund der Verringerung der Steifigkeit bei höheren Geschwindigkeiten
schwerer über
einer Ablöseplatte
abzugeben.
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EP-A-0 950 511 beschreibt
ein Mehrschichtfilmfacestock für
Etiketten, das eine Grundschicht mit einer oberen Oberfläche und
einer unteren Oberfläche
und mindestens eine erste Hautschicht, die durch eine Verbundschicht
an die obere Oberfläche
der Grundschicht gebunden ist, umfaßt, worin die Grundschicht
ein Propylenhomopolymer oder -copolymer oder ein Gemisch aus einem
Propylenhomopolymer und mindestens einem Propylencopolymer umfaßt, und
die erste Hautschicht im wesentlichen aus mindestens einem Polyethylen
mit einer Dichte von etwa 0,940 g/cm
3 oder
weniger besteht.
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WO-A-9841571 offenbart
Polypropylen-basierende ausstanzbare Etiketten, die der Flaschenform
entsprechen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine
Ausführungsform
dieser Erfindung ist ein ausstanzbarer, biaxial gestreckt-orientierter Monoschichtfilm,
umfassend ein Polyethylen mit einer Dichte von etwa 0,940 g/cm3 oder weniger, ein Propylenpolymer oder
-copolymer oder Gemische davon, wobei der Zugmodul des Films in
der Maschinenrichtung größer als
der Zugmodul in der Querrichtung ist, wobei der Zugmodul des Films
in der Querrichtung etwa 150.000 psi oder weniger beträgt und der
Film frei von Copolymeren von Ethylen mit einer ethylenisch ungesättigten
Carbonsäure
oder Carbonsäureester
ist. In einer Ausführungsform
sind die biaxial orientierten Monoschichtfilme biaxial gestreckt-orientiert
und thermofixiert.
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In
einer anderen Ausführungsform
bezieht sich die Erfindung auf einen ausstanzbaren, gestreckt-orientierten
Mehrschichtfilm, umfassend
- (A) eine Grundschicht
mit einer oberen Oberfläche
und einer unteren Oberfläche
und umfassend Polyethylen mit einer Dichte von etwa 0,940 g/cm3 oder weniger, ein Propylenhomopolymer oder
-copolymer oder Gemische davon, wobei die Grund schicht frei von
Copolymeren von Ethylen mit einer ethylenisch ungesättigten
Carbonsäure
oder Carbonsäureester
ist, und
- (B) eine erste Hautschicht eines thermoplastischen Polymers,
gebunden an die obere Oberfläche
der Grundschicht, wobei der Zugmodul des Mehrschichtfilms in der
Maschinenrichtung größer als
der Zugmodul in der Querrichtung ist, und der Zugmodul in der Querrichtung
etwa 150.000 psi oder weniger beträgt, wobei der Film biaxial
streckorientiert ist. Die biaxial orientierten Mehrschichtfilme
sind insbesondere zur Herstellung von Haftmittel-enthaltendem Labelstock
zur Verwendung in Haftetiketten von Nutzen.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich in einer Ausführungsform auf die Entdeckung,
daß biaxial
gestreckt-orientierte Monoschicht- und Mehrschichtfilme hergestellt
werden können,
die sich durch verbesserte Anpassungsfähigkeit, Ausstanzbarkeit und/oder
Abgabefähigkeit
auszeichnen. In einigen Ausführungsformen können Filme
mit verbesserter Klarheit hergestellt werden. Obgleich anpassungsfähige Filme
für gewöhnlich schlechte
Ausstanzeigenschaften haben, liefert die vorliegende Erfindung anpassungsfähige Filme,
die über annehmbare
Ausstanzeigenschaften verfügen,
und diese Filme daher zum Etikettieren von Flaschen und Tuben oder
in anderen Etikettenanwendungen, die Klarheit und Anpassungsfähigkeit
erfordern, verwendet werden können.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung können
mehrschichtige Filmkonstruktionen mit Hautschichten, die so gestaltet
sind, daß sie
bedruckt werden können,
oder die andere wünschenswerte
Merkmale wie Steifigkeit liefern, so daß der Film in seinen Abmessungen
verkleinert werden kann, oder beides, hergestellt werden.
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In
einer Ausführungsform
umfassen die biaxial gestreckt-orientierten Monoschichtfilme der
vorliegenden Erfindung ein Polyethylen mit einer Dichte von etwa
0,940 g/cm3 oder weniger, ein Propylenpolymer
oder -copolymer oder Gemische davon, wobei der Zugmodul des Films
in der Maschinenrichtung größer als
der Zugmodul in der Querrichtung ist, wobei der Zugmodul des Films
in der Querrichtung etwa 150.000 psi oder weniger beträgt und der
Film frei von Copolymeren von Ethylen mit einer ethylenisch ungesättigten
Carbonsäure
oder Carbonsäureester
ist.
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Nützliche
Ethylenhomopolymere umfassen die mit Dichten von etwa 0,940 oder
weniger. Polyethylene mit Dichten von 0,850 bis etwa 0,925 g/cm3 werden im allgemeinen als Polyethylene
niederer Dichte bezeichnet und Polyethylene mit Dichten zwischen
etwa 0,925 und 0,940 g/cm3 werden in der
Technik als Polyethylene mittlerer Dichte bezeichnet. Die Polyethylene
niederer und mittlerer Dichte zeichnen sich auch durch einen Schmelzindex
(bestimmt durch ASTM Test D1238, Bedingung E) im Bereich von 0,5
bis etwa 25 aus. Neben den obigen Dichten und Schmelzindizes zeichnen
sich die Polyethylene niederer Dichte durch Zugfestigkeiten zwischen
etwa 2200 und etwa 3200 psi (typischerweise etwa 2700 psi) und die
Polyethylene mittlerer Dichte durch Zugfestigkeiten zwischen etwa
3000 und etwa 4000 psi (typischerweise etwa 3400 psi) aus.
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Polyethylene
niederer und mittlerer Dichte, die in der ersten Hautschicht des
Facestocks dieser Erfindung von Nutzen sind, sind kommerziell von
einer Vielzahl von Quellen erhältlich.
Beispiele für
nützliche
Polyethylene sind in der folgenden Tabelle I zusammengefaßt. Tabelle I Kommerzielle Polyethylene
kommerzielle
Bezeichnung | Firma | Schmelzindex
(g/10 min) | Dichte
(g/cm3) |
Rexene
1017 | Rexene | 2,0 | 0,920 |
Rexene
1058 | Rexene | 5,5 | 0,922 |
Rexene
1080 | Rexene | 2,0 | 0,930 |
Rexene
2030 | Rexene | 5,0 | 0,919 |
Rexene
2034 | Rexene | 7,5 | 0,925 |
Rexene
2038 | Rexene | 9,0 | 0,917 |
Rexene
2040 | Rexene | 12,0 | 0,917 |
Rexene
2049 | Rexene | 20,0 | 0,917 |
NA-334 | Equistar | 6,0 | 0,918 |
NA-217 | Equistar | 5,5 | 0,923 |
NA
285-003 | Equistar | 6,2 | 0,930 |
Exact
3027 | Exxon | 3,5 | 0,900 |
Exact
3022 | Exxon | 9,0 | 0,905 |
Exact
3139 | Exxon | 7,5 | 0,900 |
SLP
9053 | Exxon | 7,5 | 0,900 |
Affinity
PF1140 | Dow
Chemical | 1,6 | 0,895 |
Sclair
11G1 | Nova | 0,72 | 0,920 |
Dowlex
2027 | Dow
Chemical | 4,0 | 0,941 |
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Der
Monoschichtfilm kann ein Propylenhomopolymer oder -copolymer oder
ein Gemisch aus einem Propylenhomopolymer und mindestens einem Propylencopolymer
umfassen. Werden in den Filmen Gemische aus Homopolymeren und Copolymeren
verwendet, können
die Gemische etwa 5 Gew.-% bis etwa 95 Gew.-% des Homopolymers und
dementsprechend etwa 95 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% des Copolymers
umfassen. Die Propylenhomopolymere, die entweder allein oder in
Kombination mit einem der hierin beschriebenen Propylencopolymere
verwendet werden können,
umfassen eine Vielzahl von Propylenhomopolymeren wie die mit Schmelzflußraten (MFR)
von etwa 1 bis etwa 20, bestimmt durch den ASTM-Test D 1238, Bedingung L.
Propylenhomopolymere mit MFRs von mindestens etwa 4 (bevorzugt mindestens
etwa 8) sind besonders von Nutzen und liefern Filme mit verbesserter
Ausstanzbarkeit. Nützliche
Propylenhomopolymere zeichnen sich auch durch Dichten im Bereich
von etwa 0,88 bis etwa 0,92 g/cm3 aus.
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Eine
Vielzahl nützlicher
Propylenhomopolymere ist kommerziell von vielen Quellen erhältlich.
Einige der nützlichen
Homopolymere werden in der folgenden Tabelle II aufgelistet und
beschrieben. Tabelle II Kommerzielle Propylenhomopolymere
kommerzielle
Bezeichnung | Firma | Schmelzfluß g/10 min | Dichte
(g/cm3) |
WRD5-1057 | Union
Carbide | 12,0 | 0,90 |
DX5E66 | Union
Carbide | 8,8 | 0,90 |
5A97 | Union
Carbide | 3,9 | 0,90 |
5E98 | Union
Carbide | 3,2 | 0,90 |
29470 | Fina | 5,0 | 0,89 |
Z9470HB | Fina | 5,0 | 0,89 |
29550 | Fina | 10,0 | 0,89 |
6671XBB | Fina | 11,0 | 0,89 |
3576X | Fina | 9,0 | 0,89 |
3272 | Fina | 1,8 | 0,89 |
SF6100 | Montell | 11,0 | 0,90 |
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Die
Propylencopolymere, die genutzt werden können, umfassen im allgemeinen
Copolymere von Propylen und bis zu etwa 40 Gew.-% von mindestens
einem alpha-Olefin,
ausgewählt
aus Ethylen und alpha-Olefinen, die 4 bis etwa 8 Kohlenstoffatome
enthalten. Beispiele für
nützliche
alpha-Olefine umfassen Ethylen, 1-Buten, 1-Penten, 4-Methyl-1-penten,
1-Hexen, 1-Hepten und 1-Octen. Noch öfter umfassen die in der vorliegenden
Erfindung genutzten Copolymere von Propylen Copolymere von Propylen
mit Ethylen, 1-Buten oder 1-Octen. Die in der vorliegenden Erfindung
nützlichen
Propylen-alpha-Olefin-Copolymere umfassen statistische sowie Blockco polymere,
obgleich die statistischen Copolymere im allgemeinen bevorzugt sind.
Gemische aus Copolymeren sowie Gemische aus den Copolymeren mit
Propylenhomopolymeren können
als die Zusammensetzung für
die Grundschicht genutzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Propylencopolymere Propylen-Ethylen-Copolymere mit Ethylengehalten
von etwa 0,2 bis etwa 10 Gew.-%. Bevorzugt beträgt der Ethylengehalt etwa 3
bis etwa 10 Gew.-% und stärker
bevorzugt etwa 3 bis etwa 6 Gew.-%. Im Hinblick auf die Propylen-1-Buten-Copolymere
sind 1-Butengehalte von bis zu etwa 15 Gew.-% nützlich. In einer Ausführungsform
kann der 1-Butengehalt im Bereich von etwa 3 Gew.-% bis zu etwa
15 Gew.-% liegen, und in anderen Ausführungsformen kann der Bereich
etwa 5 bis etwa 15 Gew.-% betragen. Propylen-1-Octen-Copolymere,
die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, können bis
zu etwa 40 Gew.-% 1-Octen enthalten. Noch öfter werden die Propylen-1-Octen-Copolymere
bis zu etwa 20 Gew.-% 1-Octen enthalten.
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Die
in der vorliegenden Erfindung nützlichen
Propylencopolymere können
durch Techniken, die einem Fachmann allgemein bekannt sind, hergestellt
werden, und viele solche Copolymere sind kommerziell erhältlich.
Beispielsweise können
die in der vorliegenden Erfindung nützlichen Copolymere durch Copolymerisation von
Propylen mit einem alpha-Olefin wie Ethylen oder 1-Buten unter Verwendung
von Single-Site-Metallocenkatalysatoren erhalten werden. Eine Liste
einiger nützlicher
kommerziell erhältlicher
Propylencopolymere ist in der folgenden Tabelle III zu finden. Die
in der Erfindung nützlichen
Propylencopolymere haben eine MFR von etwa 1 bis etwa 20, bevorzugt
etwa 1 bis etwa 12. Tabelle III Kommerzielle Propylencopolymere
kommerzieller Name | Quelle | %
Ethylen | %
1-Buten | Schmelzflußrate (g/10
min) | Dichte
(g/cm3) |
DS4D05 | Union
Carbide | - | 14 | 6,5 | 0,890 |
DS6D20 | Union
Carbide | 3,2 | - | 1,9 | 0,890 |
DS6D81 | Union
Carbide | 5,5 | - | 5,0 | 0,900 |
SRD4-127 | Union
Carbide | - | 8 | 8,0 | NA |
SRD4-104 | Union
Carbide | - | 11 | 5,0 | NA |
SRD4-105 | Union
Carbide | - | 14 | 5,0 | NA |
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Die
oben beschriebenen Monoschichtfilme der Erfindung zeichnen sich
auch dadurch aus, daß sie
frei von Copolymeren von Ethylenmonomer mit einem ethylenisch ungesättigten
Carbonsäure-
oder -estercomonomer sind. Ein Film wird als frei von solchen Copolymeren
betrachtet, wenn es weniger als etwa 0,1 Gew.-% solcher Copolymere
in dem Film gibt. Spezielle Beispiele für Copolymere, die von den Filmen
dieser Ausführungsform
der Erfindung ausgeschlossen sind, sind die Ethylen-Vinylacetat-(EVA),
Ethylenmethylacrylat-(EMA) und Ethylen-n-butylacrylat-(EnBA)Copolymere.
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Obgleich
die Filme der Erfindung andere Polymere und Copolymere enthalten
können,
sollte die Gegenwart inkompatibler Polymere und Copolymere minimiert
oder im wesentlichen vermieden werden, wenn ein klarer Film (wenig
Trübung)
gewünscht
wird. Die Menge an inkompatiblem Polymer, die enthalten sein kann, hängt von
dem jeweiligen Polymer (z. B. Grad an Inkompatibilität) und dem
Grad der Trübung,
die toleriert werden kann, ab.
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In
die Monoschichtfilme der vorliegenden Erfindung können verschiedene
Nukleierungsmittel und bestimmte Füllmittel eingebracht werden.
Die Menge an Nukleierungsmittel, die zugegeben wird, sollte eine
Menge sein, die ausreicht, um die gewünschte Modifikation der Kristallstruktur
zu liefern, während
die gewünschten Eigenschaften
der Filme nicht nachteilig beeinträchtigt werden. Im allgemeinen
wird wünschenswerterweise ein
Nukleierungsmittel zur Modifizierung der Kristallstruktur und Bereitstellung
einer größeren Zahl
beträchtlich kleinerer
Kristalle oder Sphärolithe
zur Verbesserung der Transparenz (Klarheit), Steifheit und der Ausstanzbarkeit
des Films genutzt. Offensichtlich sollte die der Filmformulierung
zugegebene Menge an Nukleierungsmittel keine schadhafte Wirkung
auf die Klarheit des Films haben. Nukleierungsmittel, die bisher
für Polymerfilme
verwendet worden sind, umfassen mineralische Nukleierungsmittel
und organische Nukleierungsmittel. Beispiele für mineralische Nukleierungsmittel
umfassen Ruß,
Siliciumdioxid, Kaolin und Talk. Unter den als in Polyolefinfilmen
nützlich
betrachteten organischen Nukleierungsmitteln finden sich Salze von
aliphatischen einbasigen oder zweibasigen Säuren oder Arylalkylsäuren wie
Natriumsuccinat, Natriumglutarat, Natriumcaproat, Natrium-4-methylvalerat,
Aluminiumphenylacetat und Natriumcinnamat. Alkalimetall- und Aluminiumsalze
von aromatischen und alicyclischen Carbonsäuren wie Aluminiumbenzoat,
Natrium- oder Kaliumbenzoat, Natrium-beta-naphtholat, Lithiumbenzoat
und Aluminium-tertiär-butylbenzoat
sind ebenfalls nützliche
organische Nukleierungsmittel. Substituierte Sorbitolderivate wie
Bis(benzyliden)- und Bis(alkylbenzylidin)-Sorbitole, worin die Alkylgruppen
etwa 2 bis etwa 18 Kohlenstoffatome enthalten, sind nützliche
Nukleierungsmittel. Genauer gesagt, sind Sorbitolderivate wie 1,3,2,4-Dibenzylidensorbitol,
1‚3,2,4-Di-para-methylbenzylidensorbitol und
1,3,2,4-Di-para-methylbenzylidensorbitol effektive Nukleierungsmittel
für Polypropylene.
Nützliche
Nukleierungsmittel sind kommerziell von einer Vielzahl von Quellen
erhältlich.
Millad 8C-41-10 ist ein Konzentrat aus 10% Millad 3988 (einem Sorbitol-Nukleierungsmittel)
und 90% Polypropylen und ist von Milliken Chemical Co. erhältlich.
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Wenn
ein Nukleierungsmittel in den Film eingebracht wird, sind die in
die Filmformulierungen der vorliegenden Erfindung eingebrachten
Mengen an Nukleierungsmittel im allgemeinen ziemlich klein und liegen zwischen
etwa 100 und etwa 2000 oder 4000 ppm des Films. Bevorzugt sollte
die Menge an Nukleierungsmittel etwa 2000 ppm nicht übersteigen
und in einer Ausführungsform
scheint eine Konzentration von etwa 300 bis 500 ppm optimal.
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Der
Film kann andere Additive und bestimmte Füllmittel zur Modifikation der
Eigenschaften des Films enthalten. Zum Beispiel können in
dem Film Färbemittel
wie TiO2, CaCO3 usw.
enthalten sein. Die Gegenwart kleiner Mengen an TiO2 führt beispielsweise
zu einem weißen
Facestock. In der Grundschicht können
auch Antiblockiermittel enthalten sein. AB-5 ist ein Antiblockierkonzentrat,
erhältlich
von A. Schulman Inc., 3550 West Market Street, Akron, Ohio 44333,
das 5% festes, synthetisches amorphes Siliciumdioxid in 95% Polyethylen
niederer Dichte umfaßt.
ABPP05SC ist ein Antiblockierkonzentrat von Schulman, enthaltend
5% des synthetischen amorphen Siliciumdioxids in einem Propylencopolymer.
Die Menge an Antiblockiermittel (Siliciumdioxid), die in der Grundschicht
enthalten ist, kann im Bereich von etwa 500 bis etwa 5000 ppm liegen,
wobei Mengen von etwa 1000 ppm bevorzugt sind.
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In
einigen Ausführungsformen,
insbesondere wo der Film klar sein soll, ist der Film frei von inertem partikulärem Füllmittelmaterial,
obgleich aufgrund von Verunreinigungen usw. sehr kleine Mengen an
partikulärem
Füllmittelmaterial
in dem Film vorhanden sein können.
Der Ausdruck „frei
von" soll bedeuten,
daß der Film
weniger als etwa 0,1 Gew.-% an partikulärem Füllmittelmaterial enthält. Filme,
die frei von partikulärem Füllmittel
sind, sind besonders nützlich,
wenn ein klarer Film hergestellt werden soll, der sich durch eine
geringe Trübung
auszeichnet, beispielsweise weniger als 10% oder weniger als 6%
Trübung,
oder in einigen Fällen weniger
als etwa 2%. Trübung
oder Klarheit wird unter Verwendung eines BYK-Gardner-Trübungs-Glanz-Messers, wie
in der Technik bekannt, bestimmt. Es ist beobachtet worden, daß die biaxial
gestreckt-orientierten Filme dieser Erfindung, die frei von Füllmittelteilchen
sind, verbesserte Klarheit zeigen und die Filme in einigen Fällen kristallklar
sind. Wie oben erwähnt,
sind inkompatible Polymere und Copolymere nicht oder nur in geringen
Mengen vorhanden, wenn klare Filme gewünscht sind.
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Die
Monoschichtfilme der vorliegenden Erfindung können durch eine Vielzahl von
Techniken, die einem Fachmann bekannt sind, einschließlich Blas-
oder Gußextrusion,
Extrusionsbeschichten oder durch eine Kombination dieser Techniken
hergestellt werden. Die Filme der vorliegenden Erfindung sind, wie
oben erwähnt,
biaxial gestreckt-orientiert. Bei der Herstellung der Filme der
vorliegenden Erfindung können
simultane biaxiale Orientierung oder sequentielle biaxiale Orientierung
genutzt werden. Ein bevorzugtes Verfahren ist die Herstellung der
Monoschichtfilme durch simultane biaxiale Orientierungsverfahren.
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Obgleich
die gewünschten
ausstanzbaren, biaxial gestreckt-orientierten Monoschichtfilme der
vorliegenden Erfindung durch Strecken des Films in der Maschinenrichtung
(MD) in einem Ausmaß,
das gleich oder größer als
das Strecken in der Querrichtung (CD) ist, hergestellt werden, ist
in einer Ausführungsform
die Streckorientierung in der MD um mindestens etwa 10% oder sogar
um 20% größer als
die Orientierung in der CD. Die Orientierung in der MD kann bei
einem Streckverhältnis
von etwa 3:1 bis etwa 10:1 oder höher liegen, obgleich das Streckverhältnis in
der MD öfter
etwa 5:1 bis etwa 10:1 beträgt.
In anderen Ausführungsformen kann
das Streckverhältnis
in der MD im Bereich von etwa 9:1 bis etwa 10:1 oder höher liegen.
Wie oben erwähnt,
ist das Streckverhältnis
in der CD oftmals kleiner als die Streckorientierung in der MD.
Daher können die
Streckverhältnisse
in der CD größer als
1:1 bis etwa 5:1 oder größer als
1:1 bis etwa 3:1 oder größer als 1:1
bis etwa 2:1 sein. In einem speziellen Beispiel dieser letzteren
Ausführungsform
ist ein Monoschichtfilm aus einem Polyolefin, streckorientiert in
der MD bei einem Verhältnis
von 9:1 bis 10:1, in der CD bei einem Verhältnis von größer als
1:1 bis etwa 2:1 oder 3:1 oder 4:1 gestreckt-orientiert. Die Polyolefine,
die in dieser Ausführungsform
genutzt werden, umfassen Polyethylene, Polypropylene, Copolymere
von Propylen und bis zu etwa 40 Gew.-% von mindestens einem alpha-Olefin,
ausgewählt
aus Ethylen und alpha-Olefinen, enthaltend 4 bis etwa 8 Kohlenstoffatome,
wie oben beschrieben, und Gemische davon. Daher umfassen in dieser
speziellen Ausführungsform
die Polyolefine Polyethylen niederer Dichte, Polyethylen mittlerer
Dichte und Polyethylen hoher Dichte, obgleich die Polyethylene niederer
und mittlerer Dichte öfter
genutzt werden. Die Polyethylene hoher Dichte sind die mit einer
Dichte von größer als
etwa 0,940 bis etwa 0,965 g/cm3.
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Die
Monoschichtfilme der Erfindung werden durch Heißverstrecken der Filme bei
einer Temperatur gleich oder über
der Erweichungstemperatur des Films biaxial orientiert. Die im Heißverstreckungsschritt
genutzten Temperaturen werden unter anderem von der Filmzusammensetzung
und davon, ob irgendwelche Nukleierungsmittel vorhanden sind, abhängen. Bei
der sequentiellen Orientierung muß die Temperatur für das MD-Strecken
nicht die gleiche sein wie die Temperatur für das CD-Strecken. Im allgemeinen
wird die MD-Orientierung bei einer niedrigeren Temperatur als bei der
CD-Orientierung durchgeführt.
Beispielsweise kann die Temperatur für die MD-Orientierung bei einem Propylenhomopolymer
um 140°C
liegen und die Temperatur für die
CD-Orientierung um 180°C.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden die Monoschichtfilme, die auf
das gewünschte
Streckverhältnis
gestreckt-orientiert worden sind, während sie noch warm waren,
dann über
Glühwalzen
geführt,
wo die gestreckten Filme getempert oder thermofixiert werden. Nach
dem Thermofixier- oder Tempervorgang wird der Film dann über eine
Kühlwalze
geführt,
um den Heißstreck-
und Thermofixiervorgang zu beenden. In einer anderen Ausführungsform
wird der heißgestreckte
Film sowohl in der MD als auch der CD um etwa 5 bis etwa 25%, und öfter etwa
10 bis etwa 20%, entspannt, bevor er dem Temper- oder Thermofixierschritt
zugeführt
wird. Die im Heißstreckschritt
verwendete Temperatur und die im Thermofixierschritt verwendete
Temperatur hängt
von dem jeweils zur Bildung des Monoschichtfilms genutzten Polymer
ab, und diese Temperaturen können
etwa 110°C
bis etwa 180°C
betragen. Die für
die Heißstreck-
und Thermofixierschritte genutzten Temperaturen können dieselben
sein, obgleich in einigen Fällen
die Temperatur im Thermofixierschritt etwas höher ist als die Temperatur,
die für
den Heißstreckschritt
genutzt wird. Daher kann der Thermofixierschritt bei Temperaturen
von bis zu etwa 180°C
durchgeführt
werden. Werden die heißgestreckten
Filme der vorliegenden Erfindung einem Thermofixier- oder Temperschritt
unerzogen, wird der Film im allgemeinen etwa 5 bis etwa 25 Sekunden
und öfter
etwa 10 bis etwa 20 Sekunden thermofixiert oder getempert. Die gestreckt-orientierten
Monoschichtfilme der vorliegenden Erfindung, die auch thermofixiert
oder getempert sind, können
sich im wesentlichen nicht an eine bereits existierende Konfiguration,
in die ein Film unter dem Einfluß von Wärme zurückkehren wird, „erinnern". Das heißt, die
thermofixierten und getemperten Filme der vorliegenden Erfindung
werden nicht schrumpften oder verzogen, wenn sie anschließend erhöhter Temperatur
ausgesetzt werden.
-
Die
Dicke der oben beschriebenen Monoschichtfilme kann im Bereich von
etwa 0,5 mil (12,5 Mikrometer) bis etwa 6 mil (150 Mikrometer) liegen,
was von der vorgesehenen Nutzung des Films abhängt. Öfter haben die biaxial gestreckt-orientierten
Monoschichtfilme dieser Erfindung jedoch eine Dicke von etwa 1 mil
bis etwa 3,5 oder 4 mil. In einer Ausführungsform wird die Filmdicke
im Bereich von etwa 2 bis etwa 2,5 mil liegen.
-
Die
biaxial gestreckt-orientierten Monoschichtfilme der vorliegenden
Erfindung, die oben beschrieben worden sind, zeigen Steifheitsmerkmale,
durch die die Filme für
Anwendungen wie ausstanzbare Labelstocks genutzt werden können. Daher
kann die Gurley-Steifheit der biaxial gestreckt-orientierten Monoschichtfilme der
vorliegenden Erfindung im Bereich von etwa 3 bis etwa 50, öfter etwa
5 oder 10 bis zu etwa 50 in der Maschinenrichtung liegen. Die Gurley-Steifheit
der Monoschichtfilme der Erfindung in der Querrichtung wird im allgemeinen
kleiner sein als die Gurley-Steifheit
in der Maschinenrichtung. Die Gurley-Steifheit der Monoschichtfilme
der vorliegenden Erfindung wird gemäß dem TAPPT Gurley-Steifheits-Test
T543pm gemessen.
-
Wie
oben erwähnt,
können
die Filme der vorliegenden Erfindung auch ausstanzbare, gestreckt-orientierte
Mehrschichtfilme umfassen, die
- (A) eine Grundschicht
mit einer oberen Oberfläche
und einer unteren Oberfläche
und umfassend Polyethylen mit einer Dichte von etwa 0,940 g/cm3 oder weniger, ein Propylenhomopolymer oder
-copolymer oder Gemische davon, wobei die Grundschicht frei von
Copolymeren von Ethylene mit einer ethylenisch ungesättigten
Carbonsäure
oder Carbonsäureester
ist, und
- (B) eine erste Hautschicht eines thermoplastischen Polymers,
gebunden an die obere Oberfläche
der Grundschicht umfassen, wobei der Zugmodul des Mehrschichtfilms
in der Maschinenrichtung größer als der
Zugmodul in der Querrichtung ist und der Zugmodul in der Querrichtung
etwa 150.000 psi oder weniger beträgt,
wobei der Film
biaxial streckorientiert ist.
-
Jeder
der oben beschriebenen Monoschichtfilme kann vor der Orientierung
als die Grundschicht des Mehrschichtfilms genutzt werden. Das heißt, die
Grundschicht der Mehrschichtfilme der vorliegenden Erfindung kann
irgendeines der oben beschriebenen Polyethylene, irgendeines der
oben beschriebenen Propylenhomopolymere oder -copolymere, oder Gemische
davon umfassen, wobei die Grundschicht frei von Co polymeren von
Ethylen mit einer ethylenisch ungesättigten Carbonsäure oder
Carbonsäureester
ist. Die Grundschicht kann auch irgendeinen der oben als optional
in den Monoschichtfilmen beschriebenen Inhaltsstoffe wie Füllmittel,
Färbemittel,
Nukleierungsmittel, Antiblockiermittel usw. enthalten. Für einen
klaren Mehrschichtfilm wird die Grundschicht frei von inertem partikulärem Füllmittel
sein. Für
einen opaken Mehrschichtfilm kann die Grundschicht partikuläre Füllmittel,
wie oben beschrieben, enthalten.
-
Die
erste Hautschicht kann eine Vielzahl anderer thermoplastischer Polymere
umfassen. Beispiele für thermoplastische
Polymere und Copolymere, die als die erste Hautschicht der Mehrschichtfilmzusammensetzungen
der vorliegenden Erfindung von Nutzen sind, umfassen Polyolefine,
Polyamide, Polystyrol, Polystyrol-Butadien, Polyester, Polyestercopolymer,
Polyurethan, Polysulfon, Polyvinylidenchlorid, Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymer,
Styrol-Acrylnitril-Copolymer, Ionomer, basierend auf Natrium- oder
Zinksalzen von Ethylenmethacrylsäure,
Polymethylmethacrylat, Zellulose, Fluorkunststoff, Acrylpolymer
und -copolymer, Polycarbonat, Polyacrylnitril, Ethylen-Vinylacetat-Copolymer
und Gemische davon. Die Zusammensetzung der ersten Hautschicht ist
eine Frage der Wahlmöglichkeit,
die von den für
die erste Hautschicht gewünschten
Eigenschaften wie Kosten, Wetterbeständigkeit, Druckbarkeit usw.
abhängt.
-
Die
erste Hautschicht kann Gemische von Polyolefinen (z. B. Polyethylen,
Propylenpolymere und -copolymere) und ein Copolymer von Ethylen
mit einem ethylenisch ungesättigten
Carbonsäure-
oder Carbonsäureester-Comonomer
wie EVA enthalten, was oftmals auch der Fall ist. Beispielsweise
umfaßt
eine nützliche Hautzusammensetzung
ein 50:50-Gemisch aus Polypropylen und EVA.
-
Die
erste Hautschicht kann auch andere Additive wie partikuläre Füllmittel,
Antiblockiermittel, Nukleierungsmittel usw., wie oben beschrieben,
umfassen. Für
einen klaren Mehrschichtfilm werden die erste Hautschicht (sowie
die Grundschicht) im allgemeinen frei von partikulärem Füllmittelmaterial
sein. Für
einen opaken Film werden die Hautschicht (und/oder die Grundschicht)
partikuläres
Füllmittelmaterial
enthalten. So können die
Mehrschichtfilme dieser Erfindung im Bereich von opaken Filmen bis klaren
Filmen hergestellt werden, und die klaren Filme zeichnen sich durch
eine Trübung
von weniger als 10% oder weniger als 6% oder sogar weniger als etwa
2% aus.
-
In
noch einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung können
die oben beschriebenen Mehrschichtfilme, die eine Grundschicht mit
einer oberen Oberfläche
und einer unteren Oberfläche
und eine erste Hautschicht eines thermoplastischen Polymers, gebunden
an die obere Oberfläche
der Grundschicht, umfassen, auch eine zweite Hautschicht, gebunden
an die untere Oberfläche
der Grundschicht, enthalten, wobei die zweite Hautschicht irgendeines
der oben als in der ersten Hautschicht nützlich beschriebenen thermoplastischen
Polymere umfassen kann, und die Zusammensetzung der zweiten Hautschicht
dieselbe oder eine andere als die Zusammensetzung der ersten Hautschicht
sein kann. Im allgemeinen sind die zwei Hautschichten unterschiedlich,
da die für
diese Schichten gewünschten
Eigenschaften unterschiedlich sind. Druckbarkeit, Wetterbeständigkeit
usw. sind für
die erste Hautschicht wünschenswert,
wohingegen andere Eigenschaften wie gutes Binden an die Haftschicht
für die
zweite Hautschicht wünschenswert
sind.
-
Die
Mehrschichtfilme der vorliegenden Erfindung können durch eine Vielzahl von
Techniken, die einem Fachmann bekannt sind, einschließlich Blas-
oder Gußextrusion
oder Extrusionsbeschichten oder durch eine Kombination dieser Techniken
hergestellt werden.
US-Patent
5,186,782 (Freedman) und die
US-Patente 5,242,650 (Rackovan
et al.) und
5,435,963 (Rackovan
et al.) offenbaren nützliche
Verfahren zur Herstellung von Mehrschichtfilmen, und diese Patente
sind hierin durch Verweis aufgenommen. Die Mehrschichten können durch
Simultanextrusion aus einer geeigneten bekannten Art von Coextrusionsdüse gebildet
und die Schichten in einem permanent vereinigten Zustand aneinander
gehaftet werden, um so ein unitäres
Coextrudat bereitzustellen. Alternativ kann die Grundschicht durch
Extrusion der Grundschicht auf ein Substrat, gefolgt vom Extrusionsbeschichten
der ersten Hautschicht (und gegebenenfalls der zweiten Hautschicht)
auf die Grundschicht gebildet werden, wobei eine zwei- oder dreischichtige
Struktur gebildet wird, in der die Schichten in einem permanent
vereinigten Zustand aneinander gehaftet sind. In einer anderen alternativen
Ausführungsform können die
zwei oder drei Schichten se parat durch Extrusion gebildet und danach
durch Anwendung von Wärme
und Druck zusammen laminiert werden.
-
Im
allgemeinen ist die Grundschicht relativ dick im Vergleich zur ersten
Hautschicht und zur zweiten Hautschicht. In einer anderen, obgleich
im allgemeinen nicht bevorzugten, Ausführungsform, kann die erste Hautschicht
im Vergleich zur Grundschicht relativ dick sein. Demgemäß können die
Dickenverhältnisse
der dreischichtigen Filme im Bereich von etwa 90:5:5 bis 5:5:90
liegen. Im allgemeinen umfassen bevorzugte Dickenverhältnisse
der dreischichtigen Filme (Basis:erste Haut:zweite Haut) jedoch
90:5:5; 80:10:10; 70:15:15; 85:5:10 und 80:5:15.
-
Die
Mehrschichtfilme der vorliegenden Erfindung sind, wie oben erwähnt, biaxial
gestreckt-orientiert. Bei der Herstellung der Mehrschichtfilme der
vorliegenden Erfindung können
die simultane biaxiale Orientierung oder die sequentielle biaxiale
Orientierung genutzt werden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist die simultane biaxiale Orientierung der Mehrschichtfilme der
vorliegenden Erfindung ein bevorzugtes Verfahren.
-
Obgleich
in einigen Fällen
die gewünschten
ausstanzbaren, biaxial gestreckt-orientierten Mehrschichtfilme der
vorliegenden Erfindung durch Strecken des Films in der Maschinenrichtung
(MD) in einem Ausmaß, das
gleich oder größer als
das Strecken in der Querrichtung (CD) ist, hergestellt werden können, wird
die Streckorientierung in der MD oftmals um mindestens etwa 10%
oder sogar um 20% größer als
die Orientierung in der CD sein. Die Orientierung in der MD kann
bei einem Streckverhältnis
von etwa 3:1 bis etwa 10:1 oder höher liegen, obgleich ein bevorzugtes
Streckverhältnis
in der MD etwa 5:1 bis etwa 10:1 beträgt. In anderen Ausführungsformen
liegt das Streckverhältnis
in der MD im Bereich von etwa 9:1 bis etwa 10:1 oder höher. Wie oben
erwähnt,
ist das Streckverhältnis
in der CD im allgemeinen kleiner als die Streckorientierung in der
MD. Daher sind Streckverhältnisse
in der CD größer als
1:1 bis etwa 5:1 oder größer als
1:1 bis etwa 3:1 oder größer als
1:1 bis etwa 2:1.
-
Die
Dicke der oben beschriebenen Mehrschichtfilme wird im Bereich von
etwa 0,5 mil (12,5 Mikrometer) bis etwa 6 mil (150 Mikrometer) liegen,
was von der vorgesehenen Nutzung des Films abhängt. Öfter werden die Mehrschichtfilme
der vorliegenden Erfindung jedoch eine Dicke von etwa 1 bis etwa
3,5 oder 4 mil oder etwa 2 bis etwa 3 mil haben. Solche Dicken sind
insbesondere zur Herstellung von Etiketten, die auf steife und flexible
Substrate aufgetragen werden sollen, verwendbar. Wie bereits erwähnt, ist
ein besonderes Merkmal der Mehrschichtfilmfacestocks der Erfindung,
das sehr dünne
Filme (d. h., 1 bis 3 mil) hergestellt werden können, die zur Bildung von Etiketten
von Nutzen sind.
-
Die
Wahl eines bestimmten Polymers für
die zweite Hautschicht hängt
von den Eigenschaften und Merkmalen, die durch die Gegenwart der
zweiten Hautschicht verliehen werden sollen, ab. Das Polymer für die zweite
Hautschicht sollte mit dem Polymer der Grundschicht kompatibel sein,
damit sie ausreichend an der Grundschicht haftet. Enthält die Grundschicht
beispielsweise ein Propylenpolymer, wird eine zweite Hautschicht,
die zumindest etwas Propylenpolymer umfaßt, an der Grundschicht ohne
eine Zwischenverbindungsschicht haften. Ebenso ist entdeckt worden,
daß die
Verwendung einer Zusammensetzung in der zweiten Hautschicht, die
sich von der Zusammensetzung der ersten Hautschicht unterscheidet,
die Blockierneigung verringert, wenn das Facestock auf sich selbst
gerollt wird.
-
In
einer Ausführungsform
umfaßt
die zweite Hautschicht bevorzugt ein Polymer, das weicher als das Propylenpolymer
oder -copolymer ist, oder Mischungen von Propylenpolymeren und -copolymeren,
die in der Grundschicht verwendet werden, insbesondere wenn die
zweite Hautschicht mit einem Haftmittel an ein Trennschichtmaterial
gebunden wird. Genauer gesagt, weist das Material der zweiten Hautschicht
bevorzugt einen niedrigeren Zugmodul als der Zugmodul des Materials,
das die Grundschicht umfaßt,
auf. Die Verwendung einer zweiten Hautschicht mit einem niedrigeren
Zugmodul führt
zu einem Facestock, der im Vergleich zu einem Facestock, in dem
das Material der zweiten Hautschicht einen höheren Zugmodul als das Material
der Grundschicht aufweist, verbesserte Ausstanzbarkeit zeigt.
-
Die
Steifheit der Mehrschichtilme der vorliegenden Erfindung ist für die richtige
Abgabe der Etiketten über
eine Ablöseplatte
bei höheren
Bandlaufzeiten wichtig. Die biaxiale Orientierung der Mehrschichtilme
erhöht
den Zugmodul in der Maschinenrichtung und Querrichtung. Die Erhöhung in
der Maschinenrichtung trägt zu
dimensionaler Stabilität
und guter Druckaufzeichnung bei.
-
Die
Steifheit der orientierten Mehrschichtfilme in der Maschinenrichtung
sollte im allgemeinen mindestens etwa 2 oder 3 betragen und kann
bis zu 50 oder 60 Gurley betragen. Öfter liegt die Steifheit der
orientierten Mehrschichtfilme in der MD im Bereich von etwa 5 oder
10 bis zu etwa 25 oder 35 Gurley, gemessen gemäß dem TAPPT Gurley-Steifheits-Test
T543pm. Die Gurley-Steifheit in der CD liegt im allgemeinen in denselben
Bereichen, die Steifheit in der CD ist jedoch geringer als die Steifheit
in der MD.
-
Die
biaxial gestreckt-orientierten Monoschichtfilme und Mehrschichtilme
der vorliegenden Erfindung, die oben beschrieben worden sind, zeichnen
sich ferner durch einen Zugmodul in der Querrichtung von etwa 150.000
psi oder weniger aus. Der Zugmodul der Filme kann gemäß dem ASTM-Test
D882 mit dem Namen „Tensile
Properties of Thin Plastic Sheeting" bestimmt werden. In einer Ausführungsform
der Erfindung ist der Zugmodul der Filme der vorliegenden Erfindung
in der Querrichtung kleiner als der Zugmodul der Filme in der Maschinenrichtung.
Es ist beobachtet worden, daß Etiketten,
die aus solchen Filmen hergestellt wurden, verbesserte Anpassungsfähigkeit
zeigen. Daher kann der Zugmodul der Filme der vorliegenden Erfindung
in der Maschinenrichtung in einer Ausführungsform bis zu 200.000 psi
oder sogar bis zu 250.000 psi und der Zugmodul in der Querrichtung
150.000 psi oder weniger betragen. In anderen Ausführungsformen
beträgt
der Zugmodul in der Maschinenrichtung 150.000 oder weniger oder
sogar 125.000 oder weniger und der Zugmodul in der Querrichtung
ist kleiner als 100.000 psi.
-
Die
folgenden Beispiele, ausgewiesen in Tabelle IV, veranschaulichen
die Monoschichtfilme der vorliegenden Erfindung. Sofern nicht anderes
angegeben, beziehen sich in den folgenden Beispielen und auch sonst
in der Beschreibung und den An sprüchen alle Teile und Prozentsätze auf
das Gewicht, Temperaturen sind in Grad Celsius angegeben und Drücke liegen
bei oder nahe Atmosphärendruck.
-
Die
Filme in der folgenden Tabelle IV wurden durch Extrudieren der geschmolzenen
Chargen durch eine Extrusionsdüse
und Gießen
auf Kühlwalzen
hergestellt. Das Extrudat hat die Form von Bögen, die in 10 × 10 cm
2 geschnitten und anschließend auf
einem Laborfilmstrecker bei Verhältnisse,
die in Tabelle IV spezifiziert sind, bei einer Zugrate von 400%/Sekunde
biaxial heißgestreckt
wurden. Der Strecker ist ein KARO IV-Strecker, hergestellt von Bruckner
Maschinenbau. Die orientierten Filme wurden entspannt und getempert (thermofixiert)
wie in Tabelle IV dargelegt. Einige der Eigenschaften der Monoschichtfilme
der Beispiele 1–11 sind
in Tabelle V angegeben. Tabelle IV biaxial gestreckt-orientierte Monoschichtfilme
Beispiel | Filmzusammen-setzung | Streckverhältnis | Orientierungstemp. (°C) | Entspannung%1 | Temperzeitraum (s)2 | Dicke (mil) |
MD | CD |
1 | 11G1 | 7:1 | 5:1 | 122 | 10 | 20 | 2,26 |
2 | 11G1 | 8:1 | 5:1 | 118 | 10 | 20 | 1,82 |
3 | 11G1 | 8:1 | 5:1 | 122 | 10 | 20 | 1,40 |
4 | 6D81 | 5:1 | 5:1 | 122 | 10 | 20 | 3,28 |
5 | 6D81 | 8:1 | 4:1 | 130 | 10 | 20 | 2,58 |
6 | 6D81 | 9:1 | 4:1 | 130 | 10 | 20 | 2,30 |
7 | DS4DO5 | 8:1 | 4:1 | 130 | 10 | 20 | 2,46 |
8 | DS4DO5 | 10:1 | 2,5:1 | 130 | 10 | 20 | 3,24 |
9 | DS4DO5 | 10:1 | 4:1 | 130 | 10 | 20 | 2,16 |
10 | 5E98
+ 2%NA3 | 10:1 | 2,5:1 | 160 | 10 | 10 | 2,86 |
11 | DS5E98 | 10:1 | 2,5:1 | 160 | 10 | 10 | 2,07 |
- 1prozentuale Verringerung
des MD- und CD-Streckverhältnisses
- 2Tempertemperatur ist dieselbe wie die
Orientierungstemperatur
- 3Millad 8C41-10
Tabelle V Eigenschaften der biaxial gestreckt-orientierten
Monoschichtfilme Beispiel | Dicke (mil) | Gurley-Steifheit | 2% Schnittmodul
(psi) | Trübung
(%) |
MD | CD | MD | CD |
1 | 2,26 | 7,0 | 5,8 | 63.600 | 33.100 | 1,7 |
2 | 1,82 | 3,9 | 3,4 | 42.200 | 28.500 | 2,1 |
3 | 1,40 | 1,7 | 1,6 | 42.200 | 32.700 | 4,6 |
4 | 3,28 | 28,3 | 27,2 | 73.300 | 72.800 | 1,1 |
5 | 2,58 | 15,2 | 10,1 | 80.000 | 74.700 | 1,3 |
6 | 2,30 | 11,8 | 7,2 | 89.100 | 67.800 | 1,3 |
7 | 2,46 | 16,6 | 12,6 | 113.300 | 87.800 | 0,9 |
8 | 3,24 | 43,6 | 29,6 | 152.000 | 93.300 | 0,9 |
9 | 2,16 | 12,8 | 7,2 | 134.500 | 99.800 | 0,7 |
10 | 2,86 | 51,9 | 32,4 | 234.300 | 149.400 | 4,9 |
11 | 2,07 | 18,6 | 11,3 | 235.600 | 145.500 | 5,2 |
-
Die
folgenden Beispiele 12–14
veranschaulichen die Mehrschichtfilme der Erfindung. Die Mehrschichtfilme
wurden durch Coextrusion, wie oben beschrieben, hergestellt. Die
Filme wurden bei den in Tabelle VI gezeigten Verhältnissen
und Temperaturen biaxial orientiert. Die Zugrate betrug 400%/Sekunde.
Einige der Eigenschaften der Filme der Beispiele 12–14 werden
in Tabelle VII dargelegt. Tabelle VI Biaxial gestreckt-orientierte Mehrschichtfilme
Beispiel | Grundschicht | Hautschicht | Gesamtdicke (mil) | Streckverhältnis | Orientierun gstemp. (°C) | Entspannung (%)1 | Temperzeitraum (s)2 |
MD | CD |
12 | 11G1 | 2027 | 2,14 | 7:1 | 5:1 | 118 | 10 | 20 |
13 | 11G1 | 2027 | 2,52 | 8:1 | 4:1 | 130 | 10 | 20 |
14 | 6D81 | 50% 5E98 | 2,76 | 8:1 | 4:1 | 130 | 10 | 20 |
| | 50% EVA* | | | | | | |
- *Equistar UESP242F; EVA, enthaltend 18%
VA
- 1prozentuale Verringerung des MD- und
CD-Streckverhältnisses
- 2Tempertemperatur ist dieselbe wie die
Orientierungstemperatur
TABELLE VII Eigenschaften der biaxial gestreckt-orientierten
Mehrschichtfilme Beispiel | Dicke (mil) | Gurley-Steifheit | 2% Schnittmodul
(psi) | Trübung
(%) |
MD
CD | MD | CD |
12 | 2,14 | 4,8
4,4 | 43.700 | 33.600 | 2,6 |
13 | 2,52 | 17,4
11,3 | 86.900 | 71.100 | 5,6 |
14 | 2,76 | 16,8
12,2 | 73.000 | 63.000 | 71,1 |
-
Die
Stanzbarkeit der biaxial orientierten Filme der Beispiele 1–14 wurde
durch Stanzen von Formen in die Filme und danach Messen der zur
Trennung der Matrix von der gestanzten Form erforderlichen Reibungsarbeit
bewertet. Ein niedriger Wert für
die Reibungsarbeit (z. B. etwa 150 g cm oder weniger) zeigt an,
daß der Film über eine
gute Stanzbarkeit verfügt.
Werte für
die Reibungsarbeitung von weniger als 120 und sogar weniger als
100 sind besonders wünschenswert.
Dieser Test, der wie folgt durchgeführt wird, wird ausführlicher in
US-Patent 5,961,766 mit
dem Titel „Method
For Selecting A Substrate Intended For Use In A Cutting Operation", das hierin durch
Verweis aufgenommen ist, beschrieben.
-
Ein
Testbogen jedes Films mit den Ausmaßen 7 × 10'' (17,8 × 25,4 cm)
und ein Papierträgermaterial wurden
durch einen Ausstanzer, in dem 10 Formen in den Film, aber nicht
in das Trägermaterial
gestanzt wurden, geschoben. Der Ausstanzer hatte ein zylindrisches
Profil. Die Ausstanzwalze hatte einen Durchmesser von 3 Inch (76,2
mm), wobei ein Hohlraum mitten hindurch und 10 Hohlräume drum
herum verliefen. Jeder der Hohlräume
war 6 Inch (152,4 mm) lang (oder quer), 15/16 Inch (22,25 mm) breit
(oder tief) und wies abgerundete Ecken mit Durchmessern von 3/32
Inch (2,38 mm) auf. Der Abstand zwischen benachbarten Hohlräumen betrug
1/8 Inch (3,175 mm). Die Unterwalze hatte einen Durchmesser von
5 Inch (127 mm). Der Abstand zwischen der Unterwalze und der Spitze
der Düse
betrug 2,2 mil (0,0559 mm). Der Druck betrug 300 psi (208500 kg/m2) und die Geschwindigkeit der Düse 15 m/min.
-
In
jeden Testbogen wurde so tief gestanzt, daß zwar der Film, aber nicht
das Trägermaterial
durchdrungen wurde. Die Formen, die gebildet wurden, waren rechteckig
und nebeneinander auf den Testbogen angeordnet, wobei eine Form
längs und
zehn in die Tiefe verliefen. Die Längenausmaße jeder Form verliefen parallel
zu den Längenausmaßen der
nächsten
benachbarten Form. Die Formen hatten die Ausmaße 7/8 × 6'' (22,25
mm × 152,4
mm) und waren gleich weit voneinander entfernt. Der Abstand zwischen
jeder Form betrug 1/8 Inch (3,175 mm). Während des Ausstanzens wurde
auch eine Matrix, die aus dem Teil des Abfall-Facestocks um die
Formen bestand, gebildet.
-
Eine
Testprobe wurde durch Schneiden des Ausstanztestbogens entlang der
Mittellinie der Längsausrichtung
einer Form und dann entlang der Mittellinie der Längsausrichtung
der nächsten
benachbarten Form gebildet. Die Schnitte verliefen parallel zueinander.
Jede Testprobe bestand aus einer Hälfte einer Form, einer Hälfte der
nächsten
benachbarten Form der Matrix um die Formteile.
-
Die
zur Trennung der Matrix von den ausgestanzten Formen jeder Probe
erforderliche Reibungsarbeit wurde unter Verwendung eines modifizierten
TA-XT2 Textur-Analysegerätes, bereitgestellt
von Stable Micro Systems, Unit 105, Blackdown Rural Industries,
Haste Hill, Haslemere, Surrey GU 273AY, England, gemessen. Das TA- XT2 Textur-Analysegerät ist eine
Zugprüfvorrichtung.
Diese wurde wie folgt modifiziert: Die Haltevorrichtung am oberen
Kreuzkopf wurde entfernt und durch einen oberen L-förmigen Bügel ersetzt;
ein Arm des oberen L-förmigen
Bügels
wurde am oberen Rahmen befestigt; die auf der Grundplatte montierte
Plattform wurde entfernt und durch einen unteren L-förmigen Bügel ersetzt.
Jede Testprobe wurde durch Befestigen einer Ecke der Matrix der
Testprobe an dem oberen L-förmigen
Bügel und
Befestigen der Ecke jedes Formteils neben der befestigten Matrixecke
an dem unteren L-förmigen
Bügel getestet.
Das Textur-Analysegerät
wurde aktiviert und die Matrix von den Formteilen bei einer Geschwindigkeit
von 5 mm/s getrennt.
-
Die
zur Trennung der Matrix angewandete Kraft und die Verlagerung dieser
Kraft entlang der Länge der
Testprobe während
der Trennung wurden unter Verwendung von Software, die mit dem TA-XT2
Textur-Analysegerät
geliefert wurde, geplottet. Auch die Fläche unter dem Plot wurde unter
Verwendung von Software, die mit dem TA-XT2 Textur-Analysegerät geliefert
wurde, bestimmt. Die Fläche
unter dem Plot hatte die Einheiten Gramm Sekunden. Das Ergebnis
wurde mit der Abziehgeschwindigkeit (5 mm/s) multipliziert, und nach
den entsprechenden Korrekturen der Einheiten (d. h., mm bis cm)
wurden die Ergebnisse für
die Reibungsarbeit in Gramm Zentimeter (g cm) angegeben. Höhere Zahlen
für die
Reibungsarbeit sind mit schlecht geschnittenen Facestocks oder Haftmittelrückfluß verbunden.
Die Testergebnisse für
die Filme der Beispiele 1–14
sind in Tabelle VIII zusammengefaßt. Für jeden Film wurden etwa sieben
Testproben getestet und die Mittelwerte für diese Testproben sind in
Tabelle VIII angegeben. Tabelle VIII Ergebnisse des Reibungsarbeitstests
Film
aus Beispiel | Reibungsarbeit
(g cm) |
1 | 68 |
2 | 93 |
3 | 109 |
4 | 54 |
5 | 51 |
6 | 41 |
7 | 74 |
8 | 85 |
9 | 43 |
10 | 40 |
11 | 65 |
12 | 57 |
13 | 54 |
14 | 36 |
-
In
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung können
die biaxial orientierten Monoschicht- oder Mehrschichtfilme der
vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Labelstocks für Haftetiketten genutzt
werden. Der Labelstock umfaßt
den oben beschriebenen Monoschichtfilm oder den Mehrschichtfilm und
eine Haftschicht, die mit der Oberfläche des Films verklebt ist.
-
In
einer Ausführungsform
umfaßt
ein Haftmittel-enthaltender Labelstock zur Verwendung in Haftetiketten
- (A) einen ausstanzbaren, biaxial orientierten
Mehrschichtfilm, umfassend
(A-1) eine Grundschicht mit einer
oberen Oberfläche
und einer unteren Oberfläche
und umfassend Polyethylen mit einer Dichte von etwa 0,940 g/cm3 oder weniger, ein Propylenpolymer oder
-copolymer oder Gemische davon, wobei die Grundschicht frei von
Copolymeren von Ethylen mit einer ethylenisch ungesättigten
Carbonsäure
oder Carbonsäureester
ist, und
(A-2) eine erste Hautschicht eines thermoplastischen
Polymers, gebunden an die obere Oberfläche der Grundschicht, wobei
der Zugmodul des Mehrschichtfilms in der Maschinenrichtung größer als
der Zugmodul in der Querrichtung ist und der Zugmodul des Mehrschichtfilms
in der Querrichtung 150.000 psi oder weniger beträgt, und
- (B) eine Haftschicht mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche, wobei
die obere Oberfläche der
Haftschicht mit der unteren Oberfläche der Grundschicht verklebt
ist.
-
Der
in einem solchen Labelstock nützliche
Mehrschichtfilm ist oben ausführlich
beschrieben worden. Die Haftschicht in dieser Ausführungsform
ist mit der unteren Oberfläche
der Grundschicht verklebt. Überdies kann
der biaxial orientierte Mehrschichtfilm (A) (A-3) eine zweite Hautschicht,
gebunden an die untere Oberfläche
der Grundschicht, umfassen, wobei sich hierbei die zweite Hautschicht
zwischen der Grundschicht und der Haftschicht befindet. Es können die
oben beschriebenen zweiten Hautschichten genutzt werden.
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Die
Haftschicht kann direkt auf die untere Oberfläche der Grundschicht oder,
sofern vorhanden, auf die zweite Hautschicht geschichtet werden,
oder das Haftmittel kann von einem Trägermaterial, mit dem der Mehrschichtfilm
kombiniert ist, übertragen
werden. Für
gewöhnlich
hat die Haftschicht eine Dicke im Bereich von etwa 0,1 bis etwa
2 mil (2,5 bis 50 Mikrometer). Haftmittel, die zur Verwendung in
Labelstocks der vorliegenden Erfindung von Nutzen sind, sind üblicherweise
in der Technik zugänglich.
Im allgemeinen umfassen diese Haftmittel druckempfindliche Haftmittel,
wärmeaktivierte
Haftmittel, Schmelzkleber und dergleichen. Druckempfindliche Haftmittel
sind besonders bevorzugt. Diese umfassen Acrylhaftmittel sowie andere
Elastomere wie natürlichen
Kautschuk oder synthetische Kautschuke, die Polymere oder Copolymere
von Styrol, Butadien, Acrylnitril, Isopren und Isobutylen enthalten.
Druckempfindliche Haftmittel sind in der Technik allgemein bekannt,
und es kann irgendeines der bekannten Haftmittel zusammen mit den
Facestocks der vorliegenden Erfindung verwendet werden. In einer
bevorzugten Ausführungsform
basieren die druckempfindlichen Haftmittel auf Copolymeren von Acrylsäureestern
wie zum Beispiel 2-Ethylhexylacrylat mit polaren Comonomeren wie Acrylsäure.
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Bei
der Herstellung des Labelstocks aus den oben beschriebenen Monoschicht-
und Mehrschichtfilmen gemäß der Erfindung
kann Trägermaterial
oder ein Träger
bereitgestellt werden. Das Trägermaterial
oder der Träger
können
ein Mehrschichtträgermaterial,
beispielsweise hergestellt, wie in
US-
Patent 4,713,273 offenbart, dessen Offenbarung hierin durch
Verweis aufgenommen ist, umfassen, oder können ein herkömmliches
Trägermaterial
oder ein herkömmlicher
Träger,
bestehend aus einer einzigen Papier- oder Filmschicht, die in Rollenform
geliefert werden kann, sein. Ist das Trägermaterial oder der Träger nicht
schon vorher mit einer Trennschicht ausgestattet worden, und wenn
es/er nicht selbst Komponenten umfaßt, die von Natur aus eine
Trennfläche
an der mit dem Haftmittel in Kontakt stehenden Fläche erzeugen,
kann es/er mit einer Trennschicht (z. B. einem Silikon) beschichtet
werden. Bei der Auftragung einer Trennschicht wird diese nach der Auftragung
durch die geeigneten Mittel getrocknet oder gehärtet.
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Die
Trennfläche
des Trägermaterials
oder Trägers
kann für
die anschließende Übertragung
des Haftmittels auf den Labelstock, mit dem das Trägermaterial
oder der Träger
eingesetzt wird, mit einer Schicht aus einem druckempfindlichen
Haftmittel beschichtet werden. Wird der Labelstock mit dem Trägermaterial
oder Träger
vereinigt, verbindet sich das Haftmittel mit dem biaxial orientierten
Film. Später
werden das Trägermaterial
oder der Träger
entfernt, um das Haftmittel freizusetzen, und das Haftmittel bleibt
dauerhaft mit dem biaxial orientierten Film verbunden.
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In
einigen Anwendungen kann die Haftschicht ein wärmeaktiviertes Haftmittel oder
ein Schmelzkleber sein, wie sie beispielsweise in In-Mould-Label-Anwendungen
verwendet werden, da sie sich von einem druckempfindlichen Haftmittel
unterscheiden. Ist das Haftmittel ein wärmeaktiviertes Haftmittel oder
ein Schmelzkleber, muß kein
Trägermaterial
für eine
inhärente
Ablösbarkeit
bereitgestellt werden, wie es bei der Verwendung eines druckempfindlichen
Haftmittels erforderlich ist.
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Die
Herstellung eines Labelstocks, der ein druckempfindliches Haftmittel
enthält,
aus den oben beschriebenen biaxial orientierten Filmen gemäß der Erfindung
wird nachstehend veranschaulicht. Das Trägermaterial oder der Träger kann
ein Mehrschichtträgermaterial
oder ein herkömmliches
Trägermaterial
oder einen herkömmlichen
Träger,
bestehend aus einer einzigen Papier- oder Filmschicht mit einer
Trennschicht, die in Rollenform geliefert werden kann, umfassen.
Die Trennfläche
des Trägermaterials
oder Trägers
kann für
die anschließende Übertragung
des Haftmittels auf den orientierten Film, mit dem das Trägermaterial
oder der Träger
eingesetzt wird, mit einer Schicht aus einem druckempfindlichen
Haftmittel beschichtet werden. Wird der Film mit dem Trägermaterial
oder Träger
vereinigt, verbindet sich das Haftmittel mit dem Film. Später wird
das Trägermaterial
oder der Träger
zur Freisetzung des Haftmittels, das nunmehr dauerhaft mit dem biaxial
orientierten Film verbunden bleibt, entfernt.
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Der
biaxial orientierte Film kann bedruckt werden, bevor er in einzelne
Etiketten gestanzt wird. Der Druckschritt kann vor oder nach der
Vereinigung des Trägermaterials
und des orientierten Films stattfinden, geht aber dem Ausstanzen
des Labelstocks in einzelne Etiketten voran. Der Film muß zwischen
den Druckschritten (zum Beispiel zwischen aufeinanderfolgenden Eindrücken in
unterschiedlichen Farben), damit das Bild oder der Text von hoher
Qualität
sind, und zwischen dem Drucken und dem anschließenden Ausstanzen, damit das
Bild oder der Text auf den Etiketten richtig angeordnet sind, genau
ausgerichtet bleiben. Der Film ist während des Druckens gespannt
und kann einer gewissen Erhöhung
der Temperatur ausgesetzt werden, wie beispielsweise, wenn UV-Tinten
gehärtet
werden, und der Film muß dimensionale
Stabilität
in der Maschinenrichtung behalten.
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Wie
bereits erwähnt,
sind die biaxial gestreckt-orientierten Filme dieser Erfindung ausstanzbar,
und der Labelstock auf einem Trägermaterial
kann in eine Reihe beabstandeter, druckempfindlicher Haftetiketten, die
auf dem Trägermaterial
oder dem Träger
getragen werden, gestanzt werden. Dieser Schritt kann durch Stanzmatrizen
(z. B. Rotationsstanzmatrizen) auf bekannte Art und Weise durchgeführt werden
und umfaßt das
anschließende
Abziehen der leiterförmigen
Matrix aus Abfall oder Randbeschnitt, die die gebildeten Etiketten
umgibt, wenn diese ausgestanzt sind (die „Sprossen" der Leiter stellen den Abstand zwischen
den aufeinanderfolgenden Etiketten dar). Die Etiketten bleiben dann
auf dem Trägermaterial
in einem gewissen Abstand zueinander. Eine Fehlerart in diesem Vorgang
umfaßt
schlecht gestanzte Etiketten, die an der Matrix zurückbleiben,
wenn diese abgezogen wird. Hierbei führt, da die Ablöselevels
sinken, schlechtes Ausstanzen wahrscheinlich eher dazu, daß die Etiketten
an dem Matrixmaterial haften bleiben und von dem Trägermaterial zusammen
mit der Matrix während
des Matrixabziehens entfernt werden. Eine andere Fehlerart tritt
auf, wenn durch das Haftmittel gestanzt wird und ein Teil des Träger materials
einen Eindruck im Trägermaterial
hinterläßt. Zu einer
anderen Fehlerart kommt es, wenn die gestanzten Filme nicht ausreichend
fest sind. Wenn die Festigkeit des Matrixmaterials sinkt, neigt
die Matrix zum Reißen,
wenn die Matrix um die ausgestanzten Etiketten von dem Trägermaterial
abgezogen wird. Die Filme der vorliegenden Erfindung sind ausreichend
fest, um das Brechen der Matrix beim Abziehen zu verhindern oder
zu reduzieren.
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Die
gestanzten Etiketten auf dem Trägermaterial
oder dem Träger
können
auf die verschiedensten Substrate durch Techniken, die einem Fachmann
bekannt sind, abgegeben oder aufgebracht werden. Beispielsweise
können
die Etiketten durch die Verwendung einer Abziehecke auf durchlaufende
Werkstücke
abgegeben oder aufgebracht werden, um die Etiketten durch progressives
Entfernen des Trägermaterials
oder des Trägers
davon abzugeben und so die Haftseite der Etiketten freizulegen und
die Etiketten mit den durchlaufenden Werkstücken in Kontakt zu bringen.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung können die Werkstücke Substrate
wie Glasflaschen oder andere feste Gegenstände sein, die Unregelmäßigkeiten
auf der Oberfläche aufweisen
und daher Etiketten erfordern, die flexible sind und eng an der
Oberfläche
haften (sich an diese anpassen), ohne die lokalen Oberflächeneindrücke zu überbrücken. Die
Substrate können
auch flexible Kunststoffbehälter
sein.