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Verwandte Anmeldung
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Diese
nicht-vorläufige
Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen
US-Anmeldung Nr. 60/507,931 , eingereicht
am 01. Oktober 2003.
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Technisches Gebiet
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Diese
Erfindung bezieht sich auf Folienmaterialien und insbesondere auf
Polyolefin-beschichtete Folienmaterialien, Trennmaterialien für diese
Polyolefin-beschichteten Folienmaterialien und Verfahren zur Herstellung
dieser Trennmaterialien.
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Hintergrund der Erfindung
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Polyolefin-beschichtete
Substrate, wie etwa Polyethylen-beschichtetes Papier sind für eine Vielzahl von
Anwendungen bekannt. Die Substrate können mit einer Vielzahl von
Oberflächenausführungen
hergestellt werden, wie etwa Glanzausführungen, Satinausführungen,
matten Ausführungen
und strukturierten Ausführungen
mit Spitzen oder Nasen, die aus der Oberfläche herausragen. Diese Polyolefin-beschichteten
Substrate können
auf einer ihrer Seiten einen Klebstoff umfassen. Der Klebstoff sorgt
letztendlich für
das Befestigen des Substrats an einer Oberfläche. Um den Klebstoff zwischen
dem Herstellungszeitpunkt des Substrats und dem Zeitpunkt, zu dem
das Substrat an die Oberfläche
angeheftet werden soll, zu schützen,
wird die Klebstoff-beschichtete Seite des Substrats an einem Trennmaterial
befestigt. Das Trennmaterial wird entfernt, wenn das Substrat bereit
ist, auf die Oberfläche
aufgebracht zu werden und das Entfernen legt den Klebstoff auf dem
Substrat frei, das das Trennmaterial schützt.
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Polyolefin-beschichtete
Substrate werden typischerweise durch Extrudieren eines geschmolzenen Polyolefinpolymers
auf die Oberfläche
eines Substrats und Leiten des resultierenden beschichteten Substrats durch
den Walzenspalt einer Kühlwalze
und Druckwalze hergestellt. Die gewünschte Oberflächenerscheinung wird
der Polyolefinbeschichtung durch Auswählen einer Kühlwalze
mit der geeigneten Oberflächenbeschaffenheit
verliehen. Beispielsweise verleiht eine glänzende Oberflächenausführung auf
der Kühlwalze
der Polyolefinbeschichtung eine glänzende Erscheinung, wohingegen
eine mit Aussparungen versehene Walze der Polyolefin-beschichteten
Oberfläche
Spitzen verleiht. Viele andere ähnliche
Methoden sind im Stand der Technik bekannt. Ein bekanntes Substrat
ist das in
WO 02/074877 offenbarte,
welches ein synthetisches Muster auf einer Seite des Substrats ergibt
und diese Seite dann auf ein Klebeband aufklebt.
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Unter
den im Stand der Technik bekannten Verfahren sind die im Europäischen Patent
Nr.
EP 1 146 170 51 ("das '170-Patent") beschriebenen.
Dieses Patent wird vom Anmelder der vorliegenden Erfindung gehalten.
Das '170-Patent
beschreibt ein Trennmaterial und ein Verfahren zum Herstellen dieses
Trennmaterials, das in mehreren wichtigen Aspekten dem Trennmaterial
und dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ähnlich ist. Das '170-Patent beschreibt
die Herstellung eines Trennmaterials unter Verwendung einer leicht
aufgerauten Kühlwalze.
Solche leicht aufgerauten Kühlwalzen
können
beispielsweise hergestellt werden durch Strahlen der glatten Oberfläche einer
Kühlwalze
mit einer kiesigen Substanz, wie etwa Sand. Die auf diese Weise
hergestellten Walzen haben sich als eine sogenannte "zufällige" Oberfläche aufweisend
etabliert. Die Oberfläche
wird im Hinblick auf das Fehlen einer Struktur oder eines regelmäßigen Musters
als "zufällig" bezeichnet. Wie
anhand einer Durchsicht des '170-Patents
ersehen werden kann, weist die Polyolefinbeschichtung auf dem Substrat
des Trennmaterials ein Ra von 1,52 μm bis ungefähr 3,81 μm und an Rz im Bereich von ungefähr 10 μm bis ungefähr 30 μm auf.
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Im
Stand der Technik können
die verschiedenen Oberflächenausführungen
funktionaler, ästhetischer oder
beider Natur sein. Beispielsweise kann eine glänzende Oberflächenerscheinung
in flexiblen Packanwendungen wünschenswert
sein. Bei manchen Anwendungen ist eine gegebene Oberflächenausführung der
beabsichtigten Funktion des Produkts jedoch abträglich. Beispielsweise weisen
Polyolefin-beschichtete Substrate mit einer glänzenden Erscheinung typischerweise
einen sehr hohen Reibungskoeffizienten auf. Dies kann zu Handhabungsschwierigkeiten
führen.
Beispielsweise können
die Blätter
dazu neigen zusammenzukleben, wenn ein Stapel glänzender Blätter durch eine Druckeinrichtung
geführt
wird.
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Für viele
Endanwendungen ist eine glänzende
Erscheinung unerwünscht.
Beispielsweise erfordern viele Endanwendungen eine papierähnliche
Oberflächenerscheinungen,
die von einer matten Oberflächenausführung der
Polyolefinbeschichtung herrührt.
Jedoch können
Substrate und Trennmaterialien mit einer matten Oberflächenausführung einen
unerwünscht niedrigen
Reibungskoeffizienten aufweisen. Dies kann ebenfalls zu Handhabungsschwierigkeiten
führen,
insbesondere wenn solche kombinierten Substrat/Trennmaterial-Produkte
durch Fertigungsausrüstung,
Laserdrucker, Tintenstrahldrucker und andere ähnliche technische Geräte geführt werden.
Während
beispielsweise ein Stapel Polyolefin-beschichteter Blätter mit
einer matten Oberflächenausführung sich
leichter trennen kann als glänzende
Blätter,
können
die Reibungseigenschaften der Blätter
so niedrig sein, dass die Blätter
nicht in geeigneter Weise von den Führungswalzen und anderen Zuführungsmechanismen "gegriffen" werden können. Im
Ergebnis können
die Blätter
die Ausrüstung
verstopfen oder "Doppelzuführungen" hervorrufen, d.h.
das versehentliche Zuführen
von zwei oder mehr Blättern, wenn
das Zuführen
nur eines Blatts beabsichtigt ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung stellt ein Trennmaterial zur Verwendung mit einem klebenden
flächigen
Material wie in Anspruch 1 definiert bereit. Vorteilhafte Ausführungen
finden sich in den abhängigen
Ansprüchen.
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Die
Erfindung stellt ebenfalls ein Verfahren zum Platzieren des technischen,
präzisionsgravierten, strukturierten
Musters auf dem Trennmaterial bereit. Für die Zwecke dieser Erfindung
bezieht sich ein "technisches,
präzisionsgraviertes,
strukturiertes Muster" auf
ein sich weitgehend wiederholendes, geometrisches, symmetrisches
Muster. Typischerweise weist solch eine Struktur relativ hohe Ra
und Rz auf.
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In
der vorliegenden Erfindung liegt die Rauheit der Kühlwalze
signifikant höher
als die Rauheit der Kühlwalzen
des '170-Patents.
als Ergebnis ist die Rauheit der sich ergebenden Trennmaterialien
ebenfalls signifikant höher.
In der vorliegenden Erfindung kann die polymere Oberfläche ebenfalls "strukturiert" sein, um der Oberfläche der
Polyolefinbeschichtung ein geometrisches Muster zu verleihen, um
den Reibungskoeffizienten eines Polyolefin-beschichteten Substrats
zu modifizieren. Die sich ergebende Oberfläche kann die Handhabung in
nachfolgenden Arbeitsgängen
verbessern.
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Die
speziell gefertigten Kühlwalzen
verleihen dem Trennmaterial eine sich wiederholende gemusterte Oberfläche auf
einer seiner Seiten. Wenngleich ein beliebiges symmetrisches Muster
verwendet werden kann, ist die strukturierte Oberfläche am meisten
bevorzugt ein helicoidales (nachfolgend in austauschbarer Weise auch
als "trihelical" bezeichnet) oder
ein quadratisch eingeschnittenes Muster. Ein beliebiges anderes
technisches, präzisionsgraviertes,
strukturiertes Muster kann verwendet werden, indem die Zellgröße, Dichte
und Tiefe für
die Endanwendung optimiert worden sind. Vorzugsweise weist die Zellgröße ein Volumen
von 14 BCM bis 45 BCM auf, die Zellenzähldichte liegt im Bereich von
1,97 bis 5,9 Linien pro mm (50 bis 150 Linien pro Zoll) und die
Tiefe beträgt
von 12,7 μm
(0,5 mil) bis 88,9 μm
(3,5 mil) mit einer bevorzugten Tiefe von 25,4 μm (1,0 mil). Die Zellstruktur
ist optimiert, um die Führung
des extrudierten Polymers von der Kühlwalze zum Substrat zu erleichtern.
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Die
strukturierte Oberfläche
kann ebenfalls optimiert sein, um die Zuführung der Blätter zu
einem Drucker zu verbessern, oder zum Nachverfolgen in einem anschließenden Verarbeitungsschritt,
der vor der Endanwendung des oberflächenbehandelten Produkts durchgeführt wird.
Die strukturierte Oberfläche
kann ebenfalls auf das vorteilhafteste Muster optimiert sein. Die
Größe und Struktur
kann für
ein besonderes Muster auf dem Substrat optimiert sein.
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Das
strukturierte Trennmaterial der vorliegenden Erfindung weist mehrere
wünschenswerte
Eigenschaften auf. Erstens wird die technisch gemusterte Oberfläche auf
die Rückseite
des Trennmaterials platziert, d.h. die äußere Seite des Trennmaterials
oder die Seite des Trennmaterials, die nicht an das Substrat grenzt.
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Hier
ist entdeckt worden, dass das Platzieren eines besonderen Musters
mit regelmäßigen, sich
wiederholenden Eigenschaften zu einem Trennmaterial mit überlegenen
Zuführungseigenschaften
führt.
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Zudem
weist das gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellte Trennmaterial eine von gemäß Verfahren
des Stands der Technik hergestellten Trennmaterialien unterschiedliche
Erscheinung auf. Trennmaterialien, die gemäß Verfahren des Stands der
Technik hergestellt wurden, wie etwa die nach dem Verfahren des '170-Patents hergestellten,
weisen eine etwas punktierte oder "fleckige" Erscheinung auf. Die Erscheinung von Trennmaterialien,
die mit Kühlwalzen
mit dem vorliegend beanspruchten technischen, präzisionsgravierten, strukturierten
Muster hergestellt werden, weisen eine einheitlichere glatte Erscheinung
auf.
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Mit
anderen Worten, verleiht die Verwendung des bevorzugten technischen
helicoidalen oder quadratisch eingeschnittenen Musters der Rückseite
des Trennmaterials wünschenswerte
Oberflächenreibungseigenschaften
und wünschenswerte ästhetische
Eigenschaften. Als ein Ergebnis werden sowohl die Handhabung als
auch die Erscheinung des Substrat/Trennmaterial-Produkts verbessert.
Wenn ein Stapel des Substrat/Trennmaterial-Produkts durch Zuführmechanismen,
die mit Laserdruckern, digitalen Druckern und dergleichen verbunden
sind, geführt
wird, ist es weniger wahrscheinlich, dass sich das Produkt staut,
und es ist wahrscheinlicher, dass es sich glatt durch die Zuführmechanismen
bewegt.
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Zusammenfassend
verbessert das Platzieren des technischen Musters auf die matte
Seite des Trennmaterials die Reibungseigenschaften und die Zuführeffektivität des kombinierten
Substrat/Trennmaterial-Blattmaterials.
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Dies
ist überraschend
angesichts der Industriepraxis, zufällige und unregelmäßige Muster
eher als technische, präzisionsgravierte,
einheitlich strukturierte Muster auf Polyolefin-beschichtete Substrate
zu platzieren, um die Reibungseigenschaften solcher Substrate zu
vermindern.
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Das
Trägersubstrat
kann ein beliebiger, im Stand der Technik bekannter Materialtyp
sein, aber bevorzugterweise ist es ein Papiersubstrat. Das Trägersubstrat
kann eine Polyolefinbeschichtung oder eine andere geeignete Beschichtung
auf einer oder seinen beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen aufweisen. Wenn
das Trägersubstrat
eine Polyolefinbeschichtung auf jeder Oberfläche umfasst, kann die Beschichtung aus
dem gleichen oder verschiedenen Polyolefinmaterialien gebildet werden.
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Das
Substrat kann ebenfalls die gleichen oder unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften
in Abhängigkeit
von den gewünschten
Eigenschaften des Produkts aufweisen. Zudem kann eine Oberfläche des
strukturierten Substrats behandelt werden, so dass die Oberfläche für gedruckte
Zeichen aufnahmefähig
wird, beispielsweise durch Koronarbehandlung, Aufbringen einer tintenaufnehmenden
Beschichtung und andere geeignete Verfahren.
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Das
Trennmaterial der vorliegenden Erfindung kann auf eine im Stand
der Technik allgemein bekannte Weise hergestellt werden. Was im
Stand der Technik nicht bekannt ist, ist die Verwendung einer Kühlwalze
mit einem technischen, präzisionsgravierten,
strukturierten Muster.
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Bei
der Herstellung des Substrats wird ein Trennmaterial hergestellt,
wenn eine Trennbeschichtung auf eine Oberfläche eines Produkts aufgebracht
wird, die der strukturierten Polyolefinbeschichtung gegenüberliegt,
wobei das Produkt aus dem gleichen Material wie das Substrat hergestellt
ist.
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Strukturierte
Polyolefin-beschichtete Trennmaterialien können unter Verwendung eines
Extrusionsbeschichtungsverfahren hergestellt werden. Insbesondere
wird ein geeignetes Polyolefinharz erwärmt und als ein geschmolzener
Film oder eine geschmolzene Folie auf eine Oberfläche des
Trägersubstrats
extrudiert. Das sich ergebende beschichtete Trennmaterial wird dann
durch den Walzenspalt, der durch Zusammenwirken von Druck- und Kühlwalzen
gebildet wird, geführt,
um die geschmolzene Polyolefinbeschichtung auszuhärten und an
das Trennmaterial anhaften zu lassen. Die Kühlwalze wird ausgewählt, um
der Polyolefinbeschichtung die gewünschten Oberflächeneigenschaften
zu verleihen.
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In
dieser Hinsicht erstrecken sich diese regelmäßigen Muster einschließlich des
helicoidalen Musters oder des quadratisch eingeschnittenen Musters
in die Kühlwalze.
Insbesondere ist die äußere Oberfläche der Kühlwalze
so ausgestattet, dass sie der aufgerauten Seite des Trennmaterials
das gewünschte
technische Muster verleiht.
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Als
ein Ergebnis überträgt die Kühlwalze
ihre Oberflächeneigenschaften
auf die Polyolefinbeschichtung, d.h. sie verleiht der aufgerauten
Seite des Trennmaterials eine Vielzahl von sich in hohem Maße wiederholenden,
regelmäßigen helicoidalen
Linien oder quadratisch eingeschnittenen Mustern, wenn die geschmolzene
Polyolefinbeschichtung auf dem Trennmaterial gegen die Kühlwalzenoberfläche gelenkt
wird. Das Produkt kann dann auf eine Wickelwalze geleitet werden
oder unmittelbar zu einer zusätzlichen
nachgeschalteten Verarbeitungsstation, wie etwa einer Druckstation,
geleitet werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Einige
der Merkmale und Vorteile der Erfindung sind beschrieben worden,
andere werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und
den beiliegenden Zeichnungen deutlich, von denen
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht von zwei Schichten eines mehrschichtigen
technisch, präzisionsgraviert,
strukturiert gemusterten Polyolefin-beschichteten Substrats ist,
wobei die jeweiligen Schichten zur Klarheit der Darstellung freigelegt
sind.
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2 eine
hoch vergrößerte perspektivische
Ansicht ist, die einen Teil der Oberfläche des technisch strukturierten
Polyolefin-beschichteten Substrats der 1 veranschaulicht,
die aus Ring 2 der 1 entnommen ist.
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3 eine
stark vergrößerte Querschnittsansicht
des technisch strukturierten Polyolefin-beschichteten Substrats
der 1 ist.
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4 eine
schematische perspektivische Ansicht eines Trennmaterials gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, die ein technisch (quadratisch eingeschnitten-gemustert)
strukturiert, Polyolefin-beschichtetes Substrat als einen Bestandteil
umfasst.
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5 eine
schematische Ansicht einer Vorrichtung für die Herstellung der Struktur
der Erfindung ist.
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6 eine
vergrößerte perspektivische
Draufsicht eines trihelicalen Musters ist.
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7 eine
vergrößerte Schnittansicht
des trihelicalen Musters ist, die entlang der Linien 7-7 der 6 entnommen
ist.
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8 eine
schematische perspektivische Ansicht von Schichten eines Trennmaterials
ist, das ein technisch (trihelical-gemustert) strukturiertes Polyolefin-beschichtetes
Substrat als eine Komponente umfasst.
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9 eine
Ansicht der Struktur der 4 ist, die ferner ein klebendes
flächiges
Material umfasst.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird nachstehend beschrieben. Die Erfindung kann jedoch
in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt werden und sollte nicht
als auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt verstanden
werden. Stattdessen werden diese Ausführungsformen bereitgestellt,
so dass diese Offenbarung dem Fachmann den Umfang der Erfindung
vollumfänglich
zugänglich
macht.
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1 ist
eine schematische perspektivische Ansicht einer Version eines technischen,
präzisionsgravierten,
strukturierten Musters auf einem Polyolefin-beschichteten Substrat,
das allgemein als 10 bezeichnet wird. Da diese Ansicht
lediglich zwei Schichten zeigt, fällt sie nicht unter den Umfang
der beanspruchten Erfindung. In 1 sind die
jeweiligen Schichten des strukturierten Polyolefin-beschichteten
Materials 10 weg geschnitten oder freigelegt für die Klarheit
der Darstellung. Im Allgemeinen umfasst das strukturierte Polyolefin-beschichtete
Substrat 10 ein Trägersubstrat 12 und
eine Polyolefinbeschichtung 14 auf seiner Oberfläche.
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Die äußere Oberfläche der
Polyolefinbeschichtung 14 ist dadurch gekennzeichnet, dass
sie eine hoch aufgeraute Oberfläche
aufweist. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff "hoch aufgeraut" auf eine Oberfläche, die
durch eine Kühlwalze
mit den folgenden Eigenschaften erzeugt wird: die Zellgröße weist
ein Volumen von 14 BCM bis 45 BCM auf, die Dichte des Musters liegt
im Bereich von 50 bis 150 Linien pro Zoll und die Tiefe des Musters
reicht von 12,7 μm
(0,5 mil) bis 88,9 μm
(3,5 mil), mit einer bevorzugten Tiefe von 25,4 μm (1,0 mil).
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Das
Trägersubstrat 12 kann
ein beliebiger, im Stand der Technik bekannter Substrattyp sein,
einschließlich
ohne Beschränkungen
Polymersubstrate, wie etwa, aber nicht darauf beschränkt, Polymerfilme (einschließlich metallisierten
und hohlraumhaltigen Filmen), Polymerschäume, aus synthetischen Stapelfasern und/oder
Filamenten gebildete Bahnen; Cellulosesubstrate, wie etwa Papiersubstrate
(einschließlich
metallisiertem Papier); Substrate, umfassend Polymere und Cellulosebestandteile,
beispielsweise aus einem Elend oder einer Mischung aus synthetischen
und Cellulosestapelfasern und/oder -filamenten gebildete Bahnen
und Metallfolien.
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Ein
bevorzugtes Trägersubstrat 12 ist
ein Cellulosesubstrat und mehr bevorzugt ein Papiersubstrat. Ein
beliebiger herkömmlich
im Stand der Technik zum Herstellen beschichteter Papiere bekannter
Papiertyp kann in der Erfindung verwendet werden, wie etwa, aber
nicht darauf beschränkt,
Kraftpapier, natürlich
oder synthetisches Zellstoffpapier, Pappe und Deckenkarton. Das
Papier kann zusätzlich
herkömmliche
Papierhilfsstoffe enthalten, wie etwa, aber nicht darauf beschränkt, Stärke-erhöhende Mittel,
Schlichtungsmittel, Farbstoffe, fluoreszierende Heißmacher,
Konservierungsmittel, Füllstoffe,
Antistatika, Ton, Kaolin, Talk, Bariumsulfat, Calciumcarbonat, Titandioxid
und Zinkoxid.
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Die
Polyolefinbeschichtung 14 kann aus einem beliebigen, im
Stand der Technik als nützliche
Beschichtung für
ein Substrat bekannten Polyolefinharzmaterial gebildet werden. Beispiele
der Polyolefinharze umfassen Ethylenhomopolymere, -copolymere und
-terpolymere, wie etwa Polyethylen hoher Dichte, Polyethylen niedriger
Dichte und lineares Polyethylen niederer Dichte; Propylenhomopolymere;
Polymethylpentenhomopolymere und -copolymere, -terpolymere und Elends
daraus. Beispiele copolymerisierbarer Monomere umfassen α-Olefine,
wie etwa Styrol, Vinylacetat, Acrylsäure, Methylacrylat, Ethylacrylat,
Acrylamid, Methacrylsäure,
Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Methacrylamid, 1-Buten, 1-Hexen,
1-Octen und Dienverbindungen, wie etwa Butadien und Isopren. Das
Polyolefinharz kann allein oder in Kombination verwendet werden,
wie in einer coextrudierten Beschichtung. Das Beschichtungsgewicht
der Polyolefinbeschichtungsschicht 14 kann veränderlich
sein und reicht typischerweise von 3,5 g/m2 bis
47 g/m2, vorzugsweise von 16 g/m2 bis 28 g/m2, wenngleich
Beschichtungsgewichte außerhalb
dieser Bereiche ebenfalls verwendet werden können.
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Das
Polyolefin kann ferner eine Vielzahl von im Stand der Technik bekannten
Additiven enthalten, wie etwa, aber nicht beschränkt darauf, fluoreszierende
Mittel, Weißmacher,
Antioxidanzien, Antistatika, Trennmittel, Farbstoffe, Dispersionsmittel,
Pigmente und Füllstoffe.
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Die
Dicke der Polyolefinbeschichtung kann veränderlich sein und reicht typischerweise
von 10,1 μm (0,4
mil) bis 101,6 μm
(4,0 mil) und vorzugsweise von 20,3 μm (0,8 mil) bis 30,5 μm (1,2 mil).
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Unter
Bezugnahme auf 4 wird ein besonderer Aspekt
der Erfindung veranschaulicht, insbesondere ein Trennmaterial, das
allgemein als 20 bezeichnet wird. Das Trennmaterial 20 umfasst
ein Unterstützungs- oder
Trägersubstrat,
wie etwa das strukturierte Polyolefin-beschichtete Substrat 10 der 1.
Das Trennmaterial 20 umfasst ebenfalls eines oder mehrere
optionale Polyolefinschichten, wie etwa die Polyolefinschicht 24 in 4 und
eine ablösbare
Schicht 26 auf einer Oberfläche des Substrats, die der
strukturierten Polyolefinbeschichtung gegenüberliegt. Solche zusätzlichen
Polyolefinbeschichtungen, wie etwa die Schicht 24, können gegebenenfalls
topographisch strukturiert oder modifiziert sein.
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Die
ablösbare
Schicht 26 kann einen beliebigen Mitteltyp enthalten, der
im Stand der Technik als einem Substrat Ablöseeigenschaften verleihend
bekannt ist. Beispielsweise kann die ablösbare Schicht 26 eine Beschichtung
eines Trennmaterials, wie etwa eines Fluorpolymers, Silikon und
Chromkomplexe langkettiger Fettsäuren,
sein. Typischerweise werden solche Trennmittel durch eine beliebige
von mehreren Techniken gehärtet,
wie etwa durch Wärme,
durch elektromagnetische Strahlung, wie etwa ultraviolette Strahlung
(UV), Elektronenstrahlung und durch Feuchtigkeit, wie im Stand der
Technik bekannt. Die ablösbare
Schicht 26 kann ebenfalls durch im Stand der Technik bekannte
Abdampfungsverfahren gehärtet
werden, d.h. getrocknet werden, um Lösungsmittel zu entfernen. Beispielhafte
Trennmittel umfassen, ohne Beschränkung, SYL-OFF-294 mit Dow
Corning 176-Katalysator, erhältlich
von Dow Corning; UV93 15 mit UV9310C-Katalysator, erhältlich von
General Electric Silicones, und Quilon®, erhältlich von
E.I. DuPont. Eine Koronarbehandlung kann verwendet werden, um die
Anhaftung des Trennmittels an der Oberfläche des strukturierten Polyolefin-beschichteten Substrats
zu fördern.
Die ablösbare
Schicht 26 weist eine Dicke auf, die ausreichend ist, um
der Trennmaterialbahn 20 der Erfindung die gewünschten
Ablöseeigenschaften
zu verleihen, und reicht typischerweise von ungefähr 0,1 μm bis ungefähr 1,6 μm.
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Die 9 fügt eine
zusätzliche
Struktur zu der in 4 gezeigten Struktur hinzu.
Die 9 stellt zwei unterschiedliche Komponenten dar.
Die erste Komponente ist ein Trennmaterial 20. Die zweite
Komponente ist ein klebendes flächiges
Material 29, mit dem das Trennmaterial 20 verwendet
wird. Das Trennmaterial umfasst ein Trägersubstrat 12, eine Polyolefinschicht 24,
eine Polyolefinbeschichtung 14 und ein in hohem Maße technisches,
präzisionsgraviertes
strukturiertes Muster 16. Das klebende flächige Material 29 umfasst
eine klebende Schicht 28.
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Das
Trennmaterial 20 weist eine erste Seite und eine zweite
Seite auf. Die erste Seite des Trennmaterials ist im Wesentlichen
die Polyolefinbeschichtung 14. Auf dieser Polyolefinbeschichtung 14 wird
das in hohem Maße
technische, präzisionsgravierte,
strukturierte Muster 16 gebildet.
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Die
zweite Seite des Trennmaterials 20 umfasst die ablösbare Schicht 26.
Diese ablösbare
Schicht 26 ist vergleichsweise glatt. Zudem wird die zweite
Seite (d.h. die ablösbare
Schicht 26) des Trennmaterials 20 in Fläche-zu-Fläche-Kontakt
mit der Klebeschicht 28 des klebenden flächigen Materials 29 platziert.
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Die
Trennmaterialien der Erfindung können
in Kombination mit anderen Folienmaterialien, wie im Stand der Technik
bekannt, verwendet werden. Beispielsweise kann ein Klebstoff auf
die ablösbare
Schicht der Trennmaterialbahn aufgebracht werden, so dass eine Klebstoffschicht
gebildet wird, die ablösbar
an dem Trennmaterial haftet. Die Klebstoffschicht/Trennmaterial-Verbundstruktur
kann danach in eine Fläche-zu-Fläche-Beziehung
mit einem geeigneten Substrat (das ein beliebiger Substrattyp der
oben beschriebenen sein kann) geführt werden, um eine Trennmaterial/Klebstoff/Substrat-Struktur
zu bilden, so dass die Klebstoffschicht sandwichartig zwischen dem
Substrat und der Trennmaterialbahn liegt. Die Klebstoffschicht kann
aus verschiedenen geeigneten herkömmlichen, im Stand der Technik
bekannten Klebstoffen gebildet werden und ist vorzugsweise ein Haftkleber.
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Das
strukturierte Polyolefin-beschichtete Substrat ist oben als nützliches
Unterstützungssubstrat
in einer Trennmaterialanwendung beschrieben worden. Die strukturierten
Polyolefin-beschichteten Substrate der Erfindung können ebenfalls
in anderen Anwendungen verwendet werden und sind besonders vorteilhaft
in Druckanwendungen. In dieser Hinsicht kann die Oberfläche des
Substrats gegenüberliegend
der strukturierten Polyolefin-beschichteten
Oberfläche,
wie oben beschrieben, für
gedruckte Zeichen, aufnahmefähig
gemacht werden. Indem der einen Seite des Trennmaterials ein regelmäßiges Muster,
wie etwa ein helicoidales, quadratisch eingeschnittenen oder anderen
in hohem Maße
technischen, strukturierten Musters verliehen wird, können Blattzuführungsprobleme,
die bei Trennmaterialien des Stands der Technik auftreten, vermindert
oder überwunden
werden. Zudem ist das in hohem Maße technische strukturierte
Muster ästhetisch
ansprechend. Die Dichte des strukturierten Musters wird für anschließendes Weiterverarbeiten
oder Zuführen
optimiert.
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Die
Tiefe des strukturierten Musters ist für die Endanwendung optimiert
und für
die Übertragung
des Musters auf das Substrat.
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Als
ein Ergebnis dieser in hohem Maße
technischen Struktur verleiht eine Seite des Trennmaterials der
Substrat/Trennmaterial-Struktur erwünschte Reibungseigenschaften,
beispielsweise zum Führen
durch Laser- und
Tintenstrahldrucker.
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Herstellung einer geeigneten Kühlwalze
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Eine
in geeigneter Weise ausgelegte Kühlwalze 36 ist
in Verbindung mit der Herstellung des Trennmaterials der Erfindung
notwendig. Solch eine Kühlwalze 36 weist
ein reproduzierbares, sich wiederholendes Muster auf. Auf diese
Weise wird der Beschichtung auf dem Substrat das sich wiederholende
Muster der Kühlwalze 36 verliehen,
wenn die Kühlwalze
mit dem zu behandelnden beschichteten Substrat in Kontakt kommt.
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Unterschiedliche
geometrische Muster können
in die Kühlwalzenoberfläche eingraviert
werden. Wenn jedes dieser geometrischen Muster auf der Kühlwalze
erzeugt wird, wird die Kühlwalze
wiederum dem Trennmaterial und insbesondere der Beschichtung des
Trennmaterials das gewünschte
einheitliche Muster verleihen.
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Verschiedene
einheitliche geometrische Muster können in die Oberfläche der
Kühlwalze 36 graviert werden.
Zwei bevorzugte Beispiele umfassen ein quadratisch eingeschnittenes
Muster oder ein trihelicales Muster, die beide in den dieser Offenbarung
beiliegenden Figuren gezeigt sind.
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Die
quadratisch eingeschnittenen und trihelicalen Muster sind von Pamarco
Global Graphics (nachfolgend "Pamarco") in Rosella, New
Jersey (www.anilox.com) erhältlich.
Die allgemeine Form des quadratisch eingeschnittenen Musters ist
die in den 1 bis 4 dieser
Offenbarung gezeigte. Pamarco beschreibt das quadratisch eingeschnittene
Muster als eine "walzengravierte
Zelle, die einen flachen Boden aufweist, um gute Tintenablösung zu
fördern". Wie oben angedeutet,
unterstützt
der flache Boden in Kombination mit einem tiefgezogenen Anteil entlang
der Seiten des quadratisch eingeschnittenen und trihelicalen Musters
die Bewegung von Polyolefin (wie etwa Polyethylen) weg von der Kühlwalze.
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Das
trihelicale Muster wird von Pamarco als "helicoidale Gravur" einschließend beschrieben. Eine vergrößerte perspektivische
Draufsicht des trihalicalen Musters wird in 6 gezeigt,
wohingegen eine vergrößerte Schnittansicht
des trihelicalen Musters in 7 gezeigt
ist.
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Diese
Muster werden auf die Oberfläche
der Kühlwalze
eingraviert. Die typische Stahlkühlwalze
weist vor dem Eingravieren eine glatte Oberfläche auf. Die Gravierungen werden
durch ein gehärtetes
Werkzeug auf die zylindrische Kühlwalze
aufgebracht und durch mechanisches Prägen in einer dem Fachmann bekannten Weise.
Nachdem die Muster auf die vergleichsweise weiche Stahloberfläche der
zylindrischen Kühlwalze
graviert worden sind, wird eine Chromschicht über die Muster abgelagert,
um die Oberfläche
zu härten.
Dies verbessert die Beständigkeit
und verlangsamt die Abnutzungsgeschwindigkeit der Muster während der
Verwendung der Kühlwalze.
Die Chromschicht wird in einer im Stand der Technik bekannten Art
abgelagert, d.h. durch elektrostatisches Plattieren.
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Wie
oben angedeutet, können
die auf die Oberfläche
der Kühlwalze
gravierten Muster ein beliebiges, vorzugsweise geometrisches Muster
umfassen, wie etwa, aber nicht darauf beschränkt, ein quadratisch eingeschnittenes
Muster oder ein trihelicales Muster. Die Abmessungen und Häufigkeit
solcher gravierten Muster werden durch verschiedene Parameter spezifiziert,
wie etwa die Anzahl von Zellen pro mm (Linien pro mm), die Tiefe
der Zellen (gemessen in μm)
und das Volumen (Milliarden Kubikmikrometer/Quadratzentimeter) (spezifiziert
in "Linien pro Zoll"), die Tiefe der
Zellen (gemessen in μm)
und das Volumen (in Milliarden Kubikmikrometer pro Quadratzoll ("BCM")).
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In
dieser Erfindung liegen die bevorzugten Abmessungen und die bevorzugte
Häufigkeit
des gravierten Musters im Bereich von 1,97 bis 5,9 Linien pro mm
(50 bis 150 Linien pro Zoll), die Tiefen von 12,7 μm (0,5 mil)
bis 88,9 μm
(3,5 mil) mit einer bevorzugten Tiefe von 25,4 μm (1,0 mil) und Volumen von
2,17 bis 7 Milliarden Kubikmikrometer/Quadratzentimeter (14 BCM
bis 45 BCM).
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Die
Wiederholbarkeit der gravierten Muster ist wesentlich. Diese Einheitlichkeit
wird durch Aufrechterhalten der Toleranzen der oben genannten Abmessungen
innerhalb von ± 5%
sichergestellt. Wenn die Wiederholbarkeit der gravierten Muster
aufrechterhalten wird, wird die Wiederholbarkeit der durch die Kühlwalze auf
der Oberfläche
des Trennmaterials erzeugten Musters ebenfalls aufrechterhalten.
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Verfahren
des Stands der Technik zum Behandeln von Kühlwalzen umfassen das Bilden
einer matten Oberflächenausführung auf
der Kühlwalze.
Solche matten Oberflächenausführungen
können
durch Strahlen mit einem schleifenden oder kiesigen Medium (wie
etwa, aber nicht darauf beschränkt,
Sand) entweder (a) der rohen Stahloberfläche der Kühlwalze oder (b) der Chromplattierung
auf der Stahloberfläche
der Kühlwalze
erzeugt werden.
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Durch
Verwenden der oben beschriebenen Kühlwalze mit ihrer präzisionsgravierten
Oberfläche
kann die Zufälligkeit
jedoch vermindert werden. Stattdessen wird ein Trennmaterial mit
einem regelmäßigen reproduzierbaren
Muster bereitgestellt. Der Anwender kann ein konkretes Muster oder
eine konkrete Struktur wie für
eine bestimmte Endanwendung erforderlich erarbeiten.
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Abmessungen und Eigenschaften
des gravierten Oberflächenmusters
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Nachdem
eine Kühlwalze,
wie oben beschrieben, hergestellt worden ist, werden ihre Oberflächeneigenschaften
im Allgemeinen und insbesondere ihre Rauheitswerte gemessen. Die
Messungen werden direkt auf der Oberfläche der Kühlwalze durchgeführt, die
für die
Herstellung des Trennmaterials verwendet wird. Die Messungen werden
mit einem Mahr M-2 Perthometer durchgeführt. Dieses Gerät misst
in Mikrozoll. Das Mahr M-2 Perthometer wird ebenfalls verwendet,
um die Rauheit der Kühlwalzen
während
der Verwendung zu überwachen.
Insbesondere werden periodische Messungen vorgenommen, um zu bestimmen,
ob es signifikante Änderungen
der Rauheit gibt. Wenn die Rauheit der Kühlwalzenoberfläche soweit
abgefallen ist, dass sie nahe der Untergrenze der Spezifikation
liegt, werden die Walzen rekonditioniert oder ersetzt.
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Ra
ist die durchschnittliche Veränderung
in der vertikalen Höhe
von Punkt-zu-Punkt. Im Gegensatz dazu ist Rz der Mittelwert der
fünf (5)
höchsten
Spitze-zu-Tal-Höhenunterschiede.
Typ | Walzentyp | Ra
Mikrozoll (μm) | Rz
Mikrozoll (μm) |
Standard
Matt | zufällig Matt | 120
(3,1) | 835
(21,2) |
95TH
Trihelical | Trihelical | 451
(11,5) | 2000
(50,8) |
96Q
abgeschnittene Pyramide | quadratisch
eingeschnitten | 363
(9,2) | 1430
(36,4) |
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Wie
aus der obigen Tabelle ersehen werden kann, liegen die Ra- und Rz-Werte
in beträchtlichem
Ausmaß niedriger
als solche der strukturierten Muster der Erfindung, wenn eine Kühlwalze
behandelt wird, um herkömmliche
matte Oberflächenausführung auf
ihrer Oberfläche
zu erzeugen, wie beispielsweise in dem '170-Patent beschrieben. Mit anderen
Worten übertrifft
die Ra (Rauheit) der Oberflächen
der Walzen mit den strukturierten trihelicalen und den quadratisch
eingeschnittenen (abgeschnittene Pyramide) Formen gemäß der Erfindung
in hohem Maße
die Ra (Rauheit) der Oberflächen
von Walzen, die mit einer eher "zufällig angeordneten" matten Standardoberflächen-Ausführung hergestellt
worden sind.
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Der
Fachmann versteht, dass die Muster der Erfindung nicht auf trihelicale
und quadratisch eingeschnittene Muster beschränkt sein müssen. Stattdessen kann das
Präzisionsgravurverfahren
Muster mit einer Vielzahl von Formen erzeugen. Darüber hinaus
können
unterschiedliche Tiefen und erhabene Flächen verwendet werden.
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Wie
oben angemerkt, zeigen die strukturierten Kühlwalzenoberflächen gemäß der Erfindung
eine höhere
Rauheit als die "zufällig angeordneten" matten Standard-Kühlwalzenoberflächen. Es
gibt eine Korrelation zwischen der Rauheit der Kühlwalze und der Rauheit des
Films oder des Papiers, dem die Kühlwalze eine Oberflächentextur
verleiht. Also erzeugen die Kühlwalzen
mit den strukturierten Oberflächen
der Erfindung "rauere" Film- oder Papiersubstrate.
Diese erhöhte
Rauheit erlaubt, dass solche Papiere oder Substrate zuverlässiger durch
mechanische Transportvorrichtungen, wie etwa Drucker, gefördert werden.
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Sicherstellen der Einheitlichkeit der
gravierten Oberflächenmuster
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Um
die Einheitlichkeit der Gravierungen auf der Oberfläche der
Kühlwalze
zu gewährleisten,
verwendet der Hersteller der Kühlwalze
ein Roll Scope, d.h. ein speziell für die Bestimmung der Abmessungen
von Gravierungen oder Mustern auf einer Walzenoberfläche entworfenes
Mikroskop. Dieses Roll Scope wird in Verbindung mit einem volumetrischen
Testverfahren verwendet.
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Um
dieses volumetrische Testverfahren zu verwenden, wird eine vorbestimmte
Menge einer gefärbten Flüssigkeit
präzise
auf die Walzenoberfläche
abgemessen. Dann bestimmt der Anwender die Fläche der Walzenoberfläche, die
durch die bekannte Menge der gefärbten
Flüssigkeit
verdrängt
wird. Mit dieser Information ist der Anwender in der Lage, das Volumen
gravierter Muster pro Einheit der Oberfläche in Milliarden Kubikmikrometer
pro Quadratzoll (BCM) (Milliarden Kubikmikrometer/Quadratzentimeter)
zu bestimmen.
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Beschichtungsverfahren
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Das
strukturierte Polyolefin-beschichtete Substrat der Erfindung kann
unter Verwendung eines Extrusionsbeschichtungsverfahrens hergestellt
werden. Insbesondere wird ein geeignetes Polyolefinharz erwärmt und
als ein geschmolzener Film oder eine geschmolzene Bahn auf eine
Oberfläche
eines Trägersubstrats
extrudiert. Das sich ergebende beschichtete Trägersubstrat wird dann durch
den Walzenspalt zusammenwirkender Druck- und Kühlwalzen geführt, um
die geschmolzene Polyolefinbeschichtung auszuhärten und sie an den Träger anzuheften.
Die gravierte Kühlwalzenoberfläche verleiht
der Polyolefinbeschichtung die erwünschten Oberflächeneigenschaften.
Das Produkt kann dann auf eine Wickelwalze oder unmittelbar zur
weiteren nachgeschalteten Verarbeitung, wie etwa der kontinuierlichen
Auftragung von funktionellen Beschichtungen geleitet werden.
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5 stellt
schematisch ein Verfahren zum Herstellen der technischen strukturierten
Trennmaterialien der Erfindung dar. Wie in 5 gezeigt
wird, wird eine Bahn eines geeigneten Substrats, wie etwa ein Papiersubstrat 30,
von einer Walze (nicht gezeigt) geleitet und durch die Walzen 32 und 34 und
zu einem Walzenspalt geleitet, der durch eine Kühlwalze 36 und eine
Druckwalze 38 gebildet wird. Ein Polyolefinharz wird aus
einem Extruder 40 in Form einer Folie oder eines Films 42 extrudiert
und auf der Papierbahn 30 abgelagert. Die Papierbahn 30 mit
einer Extrusions-beschichteten Harzschicht wird zwischen den Walzenspalt,
der durch die Kühlwalze 36 und
die Druckwalze 38 gebildet wird, geführt. Die Kühlwalze 36 kann unter
Verwendung herkömmlicher
Techniken, wie etwa beispielsweise durch Durchleiten eines Kühlmediums
(beispielsweise Wasser durch deren Inneres), gekühlt werden. Die Temperatur
der Kühlwalze
wird im Allgemeinen von 13°C
(55°F) bis 24°C (75°F) gehalten.
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Die
Kühlwalze 36 ist
typischerweise eine zylindrische Metallkühlwalze mit einer auf ihre äußere Oberfläche aufgebrachten
Chrombeschichtung. Die zylindrische Walze kann aus einer Vielzahl
von Metallen, wie etwa Wolframcarbid, verschiedenen Stählen, Aluminium
und Legierungen dieser Metalle, gebildet werden. Wolframcarbid kann
die Verschleißbeständigkeit
in dramatischer Weise verbessern.
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Die
Chrombeschichtung der Erfindung weist eine technische Oberfläche auf,
und diese technischen Oberflächen
können
ein quadratisch eingeschnittenes oder trihelicales Muster umfassen,
sind aber nicht darauf beschränkt.
Andere mögliche
nicht-beschränkende
Muster können
quadratisch eingeschnittene, trihelicale oder andere strukturierte
technische Muster umfassen.
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Lasergravieren
kann zum Erzeugen dieser Muster verwendet werden. Alternativ können diese
Muster durch Verwendung von mechanischem Gravieren erzeugt werden.
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Wenn
das Polyolefinharz aus dem Extruder 40 auf die Papierbahn 30 extrudiert
wird, und das beschichtete Papier durch den Walzenspalt läuft, der
durch die Walzen 36 und 38 gebildet wird, wird
der Polyolefinfilm an das Papier angeheftet und gleichzeitig bildet
die Filmoberfläche
ein Abbild des technischen Kühlwalzenmusters.
Insbesondere wird ein quadratisch eingeschnittenes oder trihelicales/helicoidales
Muster in der Polyolefin-beschichteten
Oberfläche
mit einer typischen Tiefe von 25,4 μm (1,0 mil) erzeugt. Zudem wird der
Oberfläche
der Polyolefinbeschichtung, die das Muster umgibt, der matten Seite
des Trennmaterials ein Muster verleihen, das dem Oberflächenmuster
der Kühlwalze
entspricht.
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Der
Laminierdruck zwischen der Druckwalze 38 und der Kühlwalze 36 wird
durch Kontakt mit einer Hinterdruckwalze 50 gegen die Druckwalze 38 eingestellt
und aufrechterhalten. Die Druckwalze 38 ist typischerweise
eine Gummiwalze oder eine Gummi-überzogene
Walze mit einer Shore A-Durometerhärte im Bereich
von 70 bis 95. Andere Materialien mit einer ähnlichen Härte und Rückstellfähigkeit, wie Gummi, können gegebenenfalls
verwendet werden, um die Druckwalze 38 zu bilden. Die Hinterdruckwalze 50 zwingt
die Druckwalze 38 in Richtung der Kühlwalze 36 und kann
selbst durch Durchführen
eines Kühlmediums,
wie etwa Wasser durch ihr Inneres, gekühlt werden. Der Druck zwischen
der Druckwalze 38 und der Kühlwalze 36, wie über die
Hinterdruckwalze 50 ausgeübt, liegt im Allgemeinen im
Bereich von ungefähr
15 kN/m bis ungefähr 140
kN/m und vorzugsweise im Bereich von 17,5 kN/m bis ungefähr 52,5
kN/m.
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Der
Kontakt mit der Kühlwalze
kühlt und
härtet
die Polyolefinbeschichtung und danach wird das Polyolefin-beschichtete
Papier von der Kühlwalze
durch die Walze 44 abgezogen und durch die Walzen 46 und 48 zu
einem Wickler (nicht gezeigt) geführt.
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Das
Polyolefinharz wird aus dem Extruder 40 unter herkömmlichen
Bedingungen extrudiert. Beispielsweise ist die Polyolefinharztemperatur
in Abhängigkeit
vom speziellen verwendeten Harz veränderlich, liegt aber typischerweise
im Bereich von ungefähr
260°C (500°F) bis ungefähr 245°C (650°F), wie der
Fachmann zur Kenntnis nimmt. Das Harz wird mit einer Geschwindigkeit
extrudiert, so dass eine Polyolefinschicht auf der Papierbahn 30 mit
einer Dicke im Bereich von ungefähr
10,1 μm
(0,4 mil) bis ungefähr
101,6 μm
(4,0 mil) gebildet wird. Die Extrusionsgeschwindigkeit aus dem Extruder 40 wird
mit der Papierbahn-Laufgeschwindigkeit koordiniert, die typischerweise
im Bereich von ungefähr
120 m/min bis ungefähr
460 m/min liegt.
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Die
Reibung zwischen der Kühlwalze
und dem Substrat, das sie behandelt, führt zu einer Abnutzung der
Oberfläche
der Kühlwalze.
Dementsprechend sollte die gravierte Kühlwalze periodisch überprüft werden, um
das Ausmaß der
Abnutzung und die Notwendigkeit des Ersetzens oder erneuten Oberflächenbehandelns der
Kühlwalze
zu bestimmen. Die Prüfung
des Ausmaßes
der Abnutzung erfolgt durch Verwendung des obigen Verfahrens unter
der Überschrift "Sicherstellen der
Einheitlichkeit der gravierten Oberflächenmuster".
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Veränderungen
der Extrusionsverfahrensbedingungen werden durch den Fachmann zur
Kenntnis genommen, wie etwa das Erhöhen oder Vermindern der Extrusionstemperatur
oder der Bahngeschwindigkeit, Verändern der Dicke der Polyolefinbeschichtung,
Modifizieren des Walzenspaltdrucks und/oder der Druckwalzenhärte und
anderer Verfahrensbedingungen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
beträgt
die Dichte der Linien der Muster zwischen 1,97 bis 5,9 Linien pro
Millimeter (50 bis 150 Linien pro Zoll) und am meisten bevorzugt
3,7 Linien pro Millimeter (95 Linien pro Zoll).
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
liegt die Tiefe der Linien der Muster in einem Bereich von ungefähr 12,7 μm (0,5 mil)
bis 88,9 μm
(3,5 mil) und liegt am meisten bevorzugt ungefähr bei 25,4 μm (1,0 mil).
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Viele
Modifizierungen und andere Ausführungsformen
der Erfindung können
vom Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, ersonnen
werden. Daher soll verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf
die offenbarten konkreten Ausführungsformen
beschränkt
ist und dass Modifikationen und andere Ausführungsformen im Umfang der
Ansprüche
umfasst sein sollen. Wenngleich konkrete Ausdrücke verwendet werden, werden
sie lediglich in einem allgemeinen und beschriebenen Sinn verwendet
und dienen nicht der Beschränkungen.