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Technischer
Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf mit wenigstens einer nur
aus Tinte bestehenden Beschriftung versehene Mehrweg-Kunststoffkästen, ein Verfahren
zum Anbringen einer nur aus Tinte bestehenden Beschriftung auf einer
Polymer-Oberfläche sowie
auf ein System zur Verwendung von Mehrweg-Kästen.
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Genauer
gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Methode zur
Beschriftung von Mehrweg-Kunststoffkästen und insbesondere auf eine
Methode zum Anbringen dekorativer Werbe- und/oder Informations-Beschriftungen
auf Kunststoffkästen.
Noch genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf eine Methode
zur Verwendung einer Beschriftungszusammensetzung, die nur die Tinten
der Grafiken auf ein Polymer-Substrat aufbringt, ein Verfahren zum
Anbringen der Tinten der Beschriftung auf dem Kasten, ein Verfahren
zur Verstärkung
derselben mittels einer mit einer Nachbehandlung verbundenen, nach
der Beschichtung erfolgenden Einkapselung der Tinten und schließlich auf
die Möglichkeit,
die zusammengesetzte Tinten-Beschriftungen ohne
Veränderung
des Kastens, d. h. ohne eine zerstörende Behandlung der Substratoberfläche, zu
entfernen, so dass diese neu beschriftet werden kann.
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Kunststoffkästen werden
gegenwärtig
auf drei verschiedene Arten beschriftet. Das vorherrschende Verfahren
besteht darin, vor der Verwendung durch den Endverbraucher durch
ein Siebdruckverfahren ein nicht-entfernbares, dauerhaftes Bild
aufzubringen. Derartige Beschriftungen bieten einen sehr haltbaren
Oberflächenzustand,
wobei zwei oder drei Farben verfügbar
sind, um auf der Ebene des Verbrauchers für das enthaltene Produkt zu
werben. Diese Methode bietet begrenzte Farben, es mangelt ihr an
den bei anderen Beschriftungs-Methoden verfügbaren, verbesserten Grafiken,
sie besitzt hinsichtlich ihrer Fähigkeit,
die Grafiken zur Anpassung an Markt-Strategien zu verändern, keine Flexibilität, was zu
großen
Lagerbeständen
an überflüssigen Einheiten
führt,
sie neigt dazu, nach nur vier (4) Wegstrecken Abnutzungserscheinungen
zu zeigen (typische Kasten-Lebenszeiten lassen 60 Hin- und Rückstrecken
erwarten), und ist, verglichen mit anderen Beschriftungs-Methoden relativ
teuer.
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Eine
zweite Art umfasst das Aufkleben von bedruckten Papieretiketten
auf die Kunststoff-Kästen zur
Zeit des Abfüllens
und Verschließens.
Diese Beschriftungsart bietet ein nahezu unbegrenztes künstlerisches
Potential. Jedoch bietet diese Beschriftungsart eine geringe Widerstandsfähigkeit
hinsichtlich Beschädigungen
der Beschriftung aufgrund der Handhabung und dem Ausgesetztsein
gegenüber Feuchtigkeit
und übersteht
die bei einem Mehrweg-Behälter
notwendigen Wasch-Vorgänge
nicht, was ein erneutes Beschriften notwendig macht.
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Eine
dritte und erst kürzlich
entwickelte Methode zur Beschriftung von Kästen besteht darin, eine dünnes, selbst
klebende Beschriftung anzubringen. Dies ist ein weit verbreitetes
Verfahren, verfügt jedoch über eine
begrenzte Lebensdauer, ist, falls es erwünscht wird, schwer zu entfernen
und ist verhältnismäßig teuer.
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Der
Bedarf an Mehrweg-Kästen
ist eine direkte Folge der Vorgaben der Industrie und der staatlichen
Gesetzgebung in verschiedenen Teilen der Welt hinsichtlich (wiederbefüllbarer)
Mehrweg-Behälter
anstelle von Einweg-Verpackungen. Im Rahmen dieses Recyclings wurde
ein vollständig
neuer Markt für
die Handhabung verpackter Getränkebehälter geschaffen.
Dies trifft gegenwärtig
sowohl für
wiederbefüllbare
PET-Behälter
als auch für
Glasflaschen-Behälter
zu. Bestimmte Länder,
insbesondere in Europa, haben große Mengen an Geld in den Aufbau
von Vertriebssystemen investiert, die stark auf dem Konzept von
Mehrweg-Kästen
beruhen.
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Typischerweise
ist die einzige Produktdarstellung in einen derartigen (wiederbefüllbaren)
Recycling-Markt diejenige, die auf die Außenseite des Kastens gedruckt
werden kann. Aufgrund von Überlegungen
bezüglich
der Handhabung, des Raumes und der Lagerung ist die einzige Marketing-,
Markennamen-, Werbe-, UPC-Code- oder sonstige informative Darstellung
diejenige, die auf die Außenseite
des Kastens gedruckt wird. Der Grund hierfür ist, dass die Kästen in
gewerblichen Verkaufsstellen, wie beispielsweise Lebensmittelhandlungen, üblicherweise gestapelt
werden, wobei nur die Seiten- und Stirnflächen sichtbar sind. Folglich
sind die Darstellungen auf diesen Flächen der Kästen das einzige Merkmal, das
ein Produkt von einem anderen unterscheidet.
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Bei
der Verwendung von Mehrweg-Kästen wäre es sehr
interessant, einen einheitlichen Kasten für verschiedene, unterschiedliche
Produkte oder Markennamen verwenden zu können. Dies ist jedoch nur möglich, wenn
es ein einfaches und kostengünstiges
Verfahren gibt, auf dem Kasten ein Bild oder einen Aufdruck zu erzeugen,
das/der beim Zurückkehren
des Kastens zur Wiederbefüllung
an die Abfüllanlage
auch einfach wieder entfernt werden kann.
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Andererseits
ist es wichtig, dass die Beschriftung, das Bild oder der Aufdruck
auf dem Kasten beständig
ist, insbesondere während
des Transports und der Lagerung, wobei ist noch wichtiger ist, dass die
Beschriftung, das Bild oder der Aufdruck auf dem Kasten selbst unter
feuchten Bedingungen beständig ist.
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Folglich
ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Mehrweg-Kunststoffkasten
zur Verfügung
zu stellen, der auf wenigstens einer seiner Oberflächen einen
Aufdruck, eine Beschriftung oder ein Bild aufweist, der/die/das
beständig
ist, während
der Verwendung gegenüber
Verkratzen, Abnutzung, Witterungsbedingungen und Feuchtigkeit resistent
ist, beim Waschen des Kastens bei der Rückkehr in die Fabrik jedoch
einfach entfernt werden kann.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Beschriftung von Kunststoff-Behältern, wie beispielsweise Kästen für Getränkeflaschen,
zu schaffen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, den Kunststoff-Behälter während dem
Befüllen
mit Getränkeflaschen
zu beschriften, so dass die Beschriftung auf die speziellen Inhalte
hinweist.
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Es
ist auch eine Aufgabe der Erfindung, dass die Beschriftung auf dem
Kunststoff-Behälter gegenüber jeglichem
Kontakt bei der Handhabung sowie gegenüber den Umgebungsbedingungen
bei der Lagerung sowohl im Freien als auch in Innenräumen unempfindlich
ist.
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Es
ist auch eine Aufgabe der Erfindung, dass die Beschriftung, falls
erwünscht,
in der üblichen,
bei der Rückgabe
des Kunststoff-Behälters
zur Wiederbefüllung
an die Getränkefabrik
verwendeten Kasten-Waschanlage einfach und vollständig entfernt wird.
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Es
ist auch eine Aufgabe der Erfindung, dass die Eigenschaften der
Beschriftung hinsichtlich ihrer Entfernung kontrolliert werden können, so
dass die Beschriftung bei normalen Kasten-Waschvorgängen nicht
entfernt oder beschädigt
wird, sondern nur bei speziellen, stärkeren Kasten-Waschvorgängen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass die Beschriftungen
ein volles Spektrum an Grafiken beinhalten, von einer einfachen
einfarbigen Beschriftung bis hin zu einer vollen fotografischen
Wiedergabe.
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Schließlich ist
es noch eine Aufgabe, dass das Verfahren einfach und kostengünstig sein
soll.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Diese
und andere Aufgaben werden durch den erfindungsgemäßen Mehrweg-Kunststoffkasten gelöst, der
mit wenigstens einer Oberfläche
mit einer nur aus Tinte bestehenden Beschriftung ausgestattet ist,
die durch eine ätzenden
Waschvorgang entfernt werden kann, wobei die Beschriftung auf der
wenigstens einen Oberfläche
des Kastens durch eine aktivierte adhäsive Schicht aufgeklebt wird.
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In
diesem Zusammenhang wird der Begriff „nur aus Tinte bestehenden
Beschriftung„ dazu
verwendet, eine Beschriftung zu definieren, die keine Papier- oder
Kunststoffunterschicht aufweist, die jedoch eine Bildschicht aus
Tinte umfasst, die direkt auf eine Oberfläche aufgebracht wird. Relativ
oft bleibt die Oberfläche
zumindest teilweise durch die Bildschicht hindurch sichtbar. Eine
nur aus Tinte bestehende Beschriftung kann auf geeignete Weise durch einen
Bild-Transfer unter Verwendung einer spiegelverkehrt gedruckten
Beschriftung auf eine Oberfläche
aufgebracht werden.
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Die
erfindungsgemäß zu verwendende
Beschriftung basiert im Wesentlichen auf einem Tintenbild ohne ein
Unterschicht-Material. Das Tintenbild wird mit einem Klebstoff auf
die Oberfläche
des Kastens aufgeklebt, wobei die Oberfläche des Bildes von einer Schutzschicht
geschützt
sein kann.
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Die
vorliegende Erfindung bildet eine erhebliche Verbesserung gegenüber den
Systemen nach dem Stand der Technik, die auf Papier- oder Kunststoff-Etiketten
beruhten. Um diese Etiketten zu entfernen, wurde eine teure Hochdruck-Ausrüstung benötigt, insbesondere
falls Beschriftungen auf benachbarten Seiten des Kastens benötigt wurden.
Ein Entfernen der Beschriftungen durch ein einfaches Einreichen,
wie in der vorliegenden Erfindung, ist nahezu unmöglich. Darüber hinaus
tendieren die Überreste der
Etiketten dazu, die Kasten-Waschanlage zu verstopfen.
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Das
System der vorliegenden Erfindung ist preiswerter und umweltfreundlicher,
da die Überreste der
nur aus Tinte bestehenden Beschriftung einfach aus dem zum Einweichen
verwendeten Wasser geholt und recycelt werden können.
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Die
vorliegende Erfindung bietet auch die Möglichkeit, die Beschriftung
im Rahmen von Scan-Anwendungen zu verwenden, beispielsweise durch
Hinzufügen
eines UPC(Bar)-Codes, wobei dieser Code dazu verwendet werden kann,
den Empfänger,
den Inhalt oder beliebige weitere geeignete Informationen festzulegen.
Das System ermöglicht
es dem Hersteller auch, den Lagervorrat an Kästen zu verringern, da es nicht
länger
notwendig ist, einen Lagervorrat an Kästen aller Markennamen oder
Arten zu halten. Das erfindungsgemäße System macht es einem Hersteller
möglich,
für jede
Art von Artikel, beispielsweise Flaschen, unabhängig vom Markennamen des Artikels
nur eine Art von Kästen
zu haben. Dies ermöglicht
es, den Lagervorrat an Kästen
in erheblichem Umfang zu verringern. Natürlich würde die Verringerung noch größer sein,
wenn sich die gesamte Industrie eines Landes oder eines Kontinents
dazu entschließen
würde,
das System zu verwenden.
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In
einen derartigen Fall würden
sich viele verschiedene Hersteller (Abfüller) von Getränkebehältern gemeinsame
Kästen
teilen und dennoch könnten
sie mit Hilfe der vorliegende Erfindung eine individuelle Marktidentifikation
aufrecht erhalten. Gleichzeitig würde ein verbessertes, benutzerfreundliches
und kosteneffektives Recycling-System
perfektioniert werden. Ein derartiges System könnte auf einer nationalen oder
sogar auf einer multinationalen Ebene verwendet werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform befindet
sich oberhalb der nur aus Tinte bestehenden Beschriftung eine transparente
Schutzbeschichtung. Diese Beschichtung verbessert die Widerstandsfähigkeit
der Beschriftung gegenüber
Umwelteinflüssen. Üblicherweise
ist das Material der Schutzbeschichtung kompatibel zu dem Material
der Tinte. Vorzugsweise basieren alle Materialien, also der Klebstoff,
die Tinte und die Schutzbeschichtung auf ein Acrylatpolymeren. Um
die Haltbarkeit der Beschriftung weiter zu verbessern, kann es vorteilhaft sein,
dass nach dem Aufbringen der Beschriftung (und der Beschichtung)
eine oder mehrere Behandlungen durchgeführt werden. Diese Behandlungen bewirken
ein Verschmelzen der Materialien der verschiedenen Schichten und
führen
zu einer verbesserten Lebenszeit, jedoch ohne das Abwasch-Verhalten
nachteilig zu beeinflussen.
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Doch
eine sorgfältige
Auswahl der Zusammensetzung der Beschriftung, der Verwendung einer Schutzbeschichtung
und der Art der Nachbehandlung ist es möglich, die Eigenschaften der
Beschriftung, insbesondere bezüglich
des Verhaltens während
des Kasten-Waschvorgangs, zu steuern. Insbesondere ist es möglich, das
System derart zu gestalten, dass die Beschriftung während eines
gewöhnlichen
Kasten-Waschvorgangs
entfernt wird. Dies bedeutet, dass die Beschriftung nach jeder Rückkehr an die
Getränke-Abfüllanlage
entfernt wird und eine neue, wahlweise verschiedene, Beschriftung
aufgebracht werden kann. Andererseits kann die Beschriftung so beständig gemacht
werden, dass sie während
eines gewöhnlichen
Kasten-Waschvorgangs nicht
entfernt oder beschädigt
wird, sondern nur im Fall der Ver wendung eines speziellen, stärkeren Waschvorgangs.
Auf diese Weise ist die Beschriftung nicht permanent, hat jedoch
alle Vorteile eines permanenten Aufdrucks, wie beispielsweise eine
Siebdrucks, ohne die diesbezüglichen
Nachteile aufzuweisen, wie die hohen Kosten bezüglich der Investitionen und
des Energiebedarfs, die mangelnde Flexibilität und die niedrige Anzahl von
Farben.
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Die
Auswahl des zum Aufkleben des Beschriftungsbildes auf der Kasten-Oberfläche verwendeten
Klebstoffes ist zumindest teilweise von der beabsichtigten Lebenszeit
der Beschriftung abhängig, also
einer Verwendung im Rahmen eines einmaligen oder eines mehrfachen
Rücklaufs.
Natürlich
muss der Klebstoff während
des Waschens des Kastens entfernbar bleiben. Der Klebstoff muss
vor oder während
des Aufbringens des Bildes auf dem Kasten aktiviert worden sein.
Eine einfache und üblicherweise bevorzugte
Methode zum Aufbringen des Bildes besteht in der Verwendung von
Klebstoffen, die mittels Wärme
aktiviert werden können
und die in Form einer spiegelverkehrten Beschriftung auf das Bild
aufgebracht wurden. Andere Methoden schließen die Verwendung von Klebstoffen
ein, die durch Strahlung, Chemikalien, Elektronenstrahlen, Mikrowellen, UV-Licht
oder Ähnliches
aktiviert werden können.
Es ist auch möglich,
Klebstoffe zu verwenden, die durch Photoaktivierung, Feuchtigkeit,
enzymatische Wirkung, Druck oder Ultraschallbehandlungen aktiviert werden
können.
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Vorzugsweise
werden Klebstoffe verwendet, die entweder durch Wärme oder
durch Druck aktiviert werden. Letzteres umfasst auch Klebstoffe,
die Druck benötigen,
um aufgeklebt zu bleiben, obwohl sie auch ohne Druck eine gewisse
anfängliche
Klebwirkung aufweisen können.
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Der
Klebstoff befindet sich vorzugsweise auf der Rückseite des Bildes, bevor dieses
auf die Kasten Oberfläche
aufgebracht wird. Es ist jedoch auch möglich, den Klebstoff vor dem
Bildtransfer auf den Kasten aufzubringen. Eine weitere Möglichkeit
besteht in der Verwendung von Tinten in dem Bild, die den Klebstoff
in sich beinhalten.
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Die
Schutzschicht, falls vorhanden, kann aufgebracht werden, nachdem
das Bild auf den Kasten transferiert wurde, beispielsweise unter
Verwendung einer üblichen
Walzenauftragsmaschine. Alternativ kann die Schutzschicht auch Teil
des transferierten Bildmaterials sein.
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Die
vorliegende Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Aufbringen
einer nur aus Tinte bestehenden Beschriftung auf eine Polymer-Oberfläche, insbesondere
auf eine Kastenoberfläche.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
umfasst in seiner weitesten Form:
- – Bereitstellen
der Oberfläche,
vorzugsweise sich mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit bewegend,
- – Bereitstellen
einer spiegelverkehrt gedruckten Beschriftung auf einem Substrat,
die von ihrem Substrat getrennt werden kann und die vorzugsweise
von einem aktivierbaren Klebstoff überdruckt ist, und
- – Transferieren
der aus Tinte bestehenden Beschriftung auf die Polymer-Oberfläche.
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Die
Beschriftung wird auf die Polymer-Oberfläche aufgebracht, die vorzugsweise
einer Oberflächenbehandlung
und einer Temperaturstabilisierung unterzogen wurde. Die Beschriftung
wird aufgebracht, indem die Tinte unter Verwendung einer Rolle,
eines Stempels, eines Abstreifmessers oder einer Luftbürste von
ihrer Substratfolie transferiert wird. Vorzugsweise wird eine geheizte
Rolle unter Druck verwendet. Wie zuvor angeführt, kann sich der Klebstoff
entweder auf der Beschriftung oder auf der Polymer-Oberfläche befinden.
Der Klebstoff muss vor oder während
des Transfers aktiviert werden. Abhängig von der Art des Klebstoffes
ist das Verfahren zur Aktivierung unterschiedlich. Es ist dem Fachmann bekannt,
welche Art von Aktivierung benötigt
wird. Im Fall eines druckempfindlichen Klebstoffes wird während des
Transfers Druck angelegt. Wird ein Wärmeaktivierter Klebstoff verwendet,
wird die Polymer-Oberfläche vorzugsweise
vorgeheizt, gegebenenfalls in Verbindung mit einem geheizten Transfersystem,
wie beispielsweise einer Rolle.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird ein Wärmeaktivierter
Klebstoff in Kombination mit einer Wärme-Vorbehandlung der Polymer-Oberfläche verwendet.
Wenn der über
die Tinte gedruckte wärmeaktivierte
Klebstoff zu kleben beginnt, wird die Tinte von der Substratfolie
freigegeben und klebt an der Kunststoffoberfläche an.
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Die
Beschriftungen können
von einer Rolle zugeführt
werden, von der die Bilder auf das Substrat transferiert werden,
gegebenenfalls in Verbindung mit einem Schneidevorgang. Es ist auch
möglich,
unter Verwendung einer geeigneten Vorrichtung zum Aufbringen, einen
Stapel von getrennten Beschriftungen zur Verfügung zu stellen.
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Abhängig von
den Anforderungen an das Bild kann sich über diesem vorzugsweise eine Schutzbeschichtung
befinden. Diese Beschichtung kann während des Bildtransfers als
Teil der spiegelverkehrt gedruckten Beschriftung aufgebracht worden
sein. In einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Schutzbeschichtung nach dem Bildtransfer aufgebracht, beispielsweise
unter Verwendung einer Walzenauftragsmaschine.
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In
diesem Fall wird die Transfer-Oberfläche mit einer dünnen Schicht
aus einer Schutzbeschichtung, beispielsweise aus einem Acrylwachs, überzogen.
Anschließend
wird eine Nachbehandlung, vorzugsweise eine oder mehrere Wärmebehandlungen, durchgeführt. Bei
dieser Behandlung verschmelzen die Materialien der Beschriftung
miteinander und es wird angenommen, dass die auf diese Weise erzielte haltbare
Verbindung durch eine Diffusion zwischen dem Klebstoff und der Kunststoffoberfläche beeinflusst
wird, ohne mit dieser verbunden zu werden.
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Im
Fall, dass das Bild noch beständiger
sein soll, beispielsweise für
eine Verwendung mit mehreren Rückläufen, wird
vorzugsweise entweder eine haltbarere Beschichtung, beispielsweise
aus Urethan, und/oder eine verlängerte,
stärkere
Nachbehandlung verwendet.
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Es
ist bekannt, dass polymerische Materialien und insbesondere Polyethylen
hoher Dichte Materialien darstellen, die mit Klebstoffen nur schwer verbunden
werden können.
Diese Erfindung beschreibt ein spezielles, schnelles und ökonomisches Verfahren
einer Oberflächenbehandlung
zur Gewährleistung
einer Klebeverbindung.
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Eine
in der Erfindung beschriebene wichtige Entdeckung besteht darin,
dass die Materialien der Beschriftung und der Oberflächenbeschichtung
miteinander verschmelzen, wenn die beschriftete Fläche für ein paar
Sekunden sehr hohen Temperaturen ausgesetzt wird, um die Haltbarkeit
und die Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Feuchtigkeit zu erhöhen. Dieser
Vorgang verändert
die Zusammensetzung der Beschriftungen von einer Reihe aus zusammenhängenden
Schichten, die bei einer Lagerung in Wasser für zwei oder mehr Stunden einfach
voneinander getrennt werden können,
in eine verschmolzenen Matrix aus dem Klebstoff der Beschriftung,
den Tinten der Beschriftung und der äußeren Beschichtung. Während dem
Erhitzen findet eine Interdiffusion des Klebstoffmaterials mit der
Kunststoffoberfläche
statt. Das gleichzeitige Verschmelzen und die Interdiffusion führen bei
dieser bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung zu einer sehr haltbaren Beschriftungsmatrix. Die Widerstandsfähigkeit
gegenüber
einer Lagerung in Wasser kann von ein paar Stunden bis auf mehrere
Wochen variiert werden, indem die Einwirkungsdauer und die resultierende
Temperaturen variiert werden.
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Es
sollte angemerkt werden, dass die Widerstandsfähigkeit einer unbehandelten
erfindungsgemäßen Beschriftung
gegenüber
Lagerung in Wasser ausreichend sein kann, da sie ihre Verbindung
mit der Polymer-Oberfläche
niemals vollständig
verliert. Die Verbindung wird nur geschwächt; ein Trocknungsvorgang
führt dazu,
dass sich die Stärke
der Verbindung wieder auf ihren ursprünglichen Wert einstellt.
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Ist
die benötigte
Haltbarkeit der Beschriftung erreicht, so ist es auch notwendig,
die Beschriftung zu entfernen, nachdem sie ihren Zweck, die Identifizierung
der Inhalte der Behälter
vor dem Verbrauch, erfüllt
hat. Die leeren Kunststoffbehälter
und Getränkeflaschen
werden zur Wiederbefüllung
zu der Getränkefabrik
zurückgebracht.
Die Kunststoffbehälter werden
gewaschen. Während
dieses Waschvorgangs muss die Beschriftung je nach der gegebenen Situation
(einmaliger oder mehrmaliger Rücklauf) entweder
vollständig
entfernt werden oder unbeschädigt
auf der Oberfläche
zurückbleiben.
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Im
ersten Fall baut sich der zum Verbinden der Tinten-Matrix verwendete
Wärme behandelte Klebstoff,
obwohl er in Wasser haltbar ist, in der Waschlösung, vorzugsweise einer heißen ätzenden Lösung, ab,
was dazu führt,
dass die Beschriftung und der Klebstoff vollständig entfernt werden können. Die
Rückstände der
Beschriftung werden aus der ätzenden
Lösung
ausgefiltert. Im letzteren Fall wird die Beschriftung nur entfernt,
wenn die Waschbedingungen geändert
werden, um die Beschriftung zu entfernen, beispielsweise durch die
Verwendung eines verlängerten
Einweichens und/oder einer stärkeren ätzenden
Lösung,
gegebenenfalls in Verbindung mit der Verwendung von (Flüssigkeits-
oder Gas-)Hochdruckstrahlen.
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Alternative
Verfahren zum Entfernen der Bilder ohne eine zerstörerische
Behandlung der (polymerischen) Substratoberfläche umfassen chemisches Entfernen
(Lösungsmittel),
Ultraschall, Unterkühlung,
Erhitzen, Bürsten,
enzymatische Behandlung, Vakuumbehandlung, Abschuppen und Bestrahlung,
beispielsweise mit UV-Strahlung. Kombinationen der verschiedenen
Verfahren sind natürlich
auch möglich.
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Gemäß der in
den anhängenden
Ansprüchen
definierten Erfindung ist die Verarbeitungsanlage so angeordnet,
dass die Kunststoffbehälter
inline während
dem normalen Durchlaufen der Abfüllanlage
beschriftet werden, so dass die Beschriftung des Kastens mit dem
Flascheninhalt übereinstimmt.
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Figurenbeschreibung
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1 Wärmetransfer-Beschriftung
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2 Oberflächenbehandlung und Temperaturstabilisierung
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3 Aufbringen der Beschriftung
und Tintentransfer
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4 Aufbringen der Beschichtung
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5 Nachbehandlung
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6 spezielle Ausführungsform
des Bildtransfer-Vorgangs
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Beschriftung
und des erfindungsgemäßen Aufbringens
wird zunächst
unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben,
die den Kunststoffbehälter
(1) und die zum Aufbringen positionierte Beschriftung darstellt.
Die Beschriftung ist auf eine Substratfolie (10) aufgedruckt,
bei der es sich um eine beliebige dünne Folie handeln kann, die
im hier beschriebenen Fall jedoch aus Polypropylen mit einer Dicke
von zwei Millimetern besteht. Das Bezugszeichen (14) bezeichnet
eine Acrylbeschichtung, die, abhängig
von der Art und Herkunft der verfügbaren Folie, vorhanden sein
kann oder auch nicht. Das Bezugszeichen (12) bezeichnet
ein Material zum Ablösen,
das die Folie bedeckt. Im Fall der Erfindung handelt es sich um
Silikon, welches zum Zeitpunkt der Herstellung der Folie aufgebracht
wird. Das Bezugszeichen (20) stellt das gesamte aufgedruckte
Tintenmaterial dar. Abhängig
von den Grafiken der Beschriftung und den Anforderungen an die Deckfähigkeit
können
die Tintenmaterialien aus bis zu fünf (5) verschiedenen Farben
in einer oder mehreren Schichten bestehen, von denen einige einander überlappen
können.
Die Bezugszeichen (30) und (40) stellen zwei (2)
Klebstoffschichten dar, die, abhängig
von der Einheitlichkeit der zu beschriftenden Oberfläche und
der Steifheit der zu beschriftenden Behälter den Klebstoffaufbau aus
0,5 bis 1,5 Pfund pro Ries andeuten.
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Beim
Aufbringen werden alle aufgedruckten Materialien von der zum Ablösen mit
Silikon beschichteten Substratfolie transferiert. Die aufgedruckten
Tintenmaterialien basieren auf Vinyl- oder Acrylharzen, die mit
Temperatur- und UV-stabilen Pigmenten koloriert sind. Im Fall von
weißer
Tinte stellt Titandioxid das bevorzugte Pigment dar. Die Größe der Pigmentpartikel
reicht von drei (3) bis fünf (5) μm. der aufgedruckte
Klebstoff ist ein mit Urethan modifiziertes Acryl mit einer anfänglichen
Hafttemperatur von 175°F
(80°C).
Diese anfängliche
Hafttemperatur ist für
den Vorgang des Beschriftens des Kunststoffes sehr wichtig, da sie
die benötigte
Oberflächentemperatur
des Kunststoffes während
des Transferzeitpunkts bestimmt. Bei dem speziellen zu beschriftenden
Kunststoffbehälter
gibt es auf der inneren Oberfläche
keine Unterstützung,
so dass es wünschenswert
ist, den Kunststoff unter 200°F (93°C) zu halten,
um ein Verformen der Oberfläche durch
Erreichen ihres Verformungspunktes während des Transfers der Beschriftung
zu vermeiden.
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Das
Verfahren zum Aufbringen der Beschriftung wird nun in der Reihenfolge
des Ablaufs beschrieben. 2 stellt
die Methode der Oberflächenbehandlung
und der Temperaturstabilisierung dar. Damit ein Haften zweier Polymer-Materialien
auftritt, müssen
viele Faktoren berücksichtigt
werden, wie beispielsweise Sauberkeit, Druck, Temperatur, Kontaktzeit,
Oberflächenrauhigkeit,
Bewegung während des
Verbindens und Dicke der Klebstoffschicht. Eine weitere wichtige
Erwägung
ist die kritische Oberflächenspannung.
Das üblicherweise
akzeptierte Verfahren zum Messen der kritischen Oberflächenspannung
erfolgt mit einer Dyn-Lösung
und ist wohlbekannt. Für
die meisten Klebstoff-Anwendungen beträgt die kritische Oberflächenspannung
von Polyethylen 31 Dyn pro Zentimeter. Es wurden Testreihen durchgeführt, die
gezeigt haben, dass zum Erreichen der besten Klebwirkung des zuvor
beschriebenen Klebstoffes auf der Polyethylenoberfläche ein
Niveau von 60 bis 70 Dyn pro Zentimeter bei der Behandlung benötigt wurde.
Weitere Tests kommerziell erhältlicher
Anlagen zeigten, dass eine Flammenbehandlung sowohl die Kapitalkosten
und die Betriebskosten als auch die zum Erreichen der notwendigen
kritischen Oberflächenbehandlung
benötigte
Zeit optimiert.
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Um
die Klebefähigkeit
des Klebstoffes schnell zu erreichen und aufrecht zu erhalten, ist
es notwendig, den Polyethylen-Behälter zu erhitzen, bevor der
Kleber der Beschriftung mit ihm in Kontakt kommt. Um ein Verformen
des Behälters
zu vermeiden, sollte die Oberfläche
nicht über
200°F (93°C) erhitzt
werden. Da die Oberflächentemperatur
beim Verlassen der Flammenbehandlung ungefähr 125°F (52°C) beträgt, ist es notwendig, wie Oberfläche um ungefähr 75°F (24°C) zu erhitzen.
Hier gibt es wiederum viele Möglichkeiten
für das
Erhitzen. Es wurden Heißluft,
zusätzliche
Flammenheizer, gasbetriebene Infrarotplatten und elektrische Keramikplatten getestet
und es wurde herausgefunden, dass sie entweder zu langsam oder zu
schwer zu steuern sind. Es wurde herausgefunden, dass eine elektrisch
beheizte eben gegos sene Quartz-Emitter-Platte mit einer Steuerung
der Bandbereiche für
den lokalisierten Beschriftungs-Transfer eine maximale Übertragung von
Infrarot-Energie durch die Umgebungsluft bietet, ohne die Effekte
der umgebenden Umweltfaktoren. Bei einem Emissionsvermögen von
0,9 für
Polyethylen führt
eine erwünschte
Temperatur zwischen 1650°F
(900°C)
bis 1725°F
(940°C)
zur Abgabe der effizientesten Wellenlänge (2,5 bis 3,2 μm) an Infrarot-Energie
zur Spitzen-Absorption. Das getestete Bauteil war mit 60 Watt pro
Quadrat-Inch spezifiziert. Die Zeit, die benötigt wurde, um die Polyethylenoberfläche um die
notwendigen 75°F
(24°C) aufzuheizen, betrug
4,5 Sekunden bei 2,5 cm Abstand von der Emitter-Platte.
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3 stellt das Verfahren zum
Aufbringen der Beschriftung dar, wobei die aufgedruckten Tintenmaterialien
von der Polypropylen-Substratfolie unter Verwendung der taktilen
Eigenschaften des wärmeaktivierten
Klebstoffes auf die Polyethylenoberfläche transferiert werden, um
das Haften der Tintenschicht 14 an der mittels einer Koronarentladung behandelten
Silikonbeschichtung 12 zu überwinden. Die den Transfer
beeinflussenden Faktoren sind die Zeit bis zum Kontakt, die Temperatur
während
des Kontakts und die Spannung der Folie während des Kontakts, insbesondere
die auf die Folie wirkende Spannung nach dem Ablösen der Tinte. Der Durchmesser
der Andrückrollen
stellt auch einen Faktor dar, ist jedoch keine Variable. In dieser
Anwendung betragen die Durchmesser der Rollen 38 mm. Die Rollen
bestehen aus einem Silikongummi über
einem Stahlkern, wobei der Durometerwert des Gummis von 50 Shore
A bis 80 Shore A beträgt.
Es sollte angemerkt werden, dass eine Verformung (Abflachen) der
Gummirollen mit höherem
Durometerwert geringer ist und infolge dessen die Kontaktfläche geringer ist
und der Transferdruck höher
ist. Dies ist bei höheren
Maschinengeschwindigkeiten wichtig, bei denen die Kontaktzeit minimiert
wird. Demzufolge weist ein sich mit 18,3 Metern pro Minute (60 Fuß pro Minute) an
einer Rolle mit 38 mm Durchmesser vorbei bewegender Kasten eine
Kontaktzeit von 1 Millisekunde pro Grad der Rotation der Rolle auf,
falls es zu keiner Verformung der Rolle kommt.
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Der
Druck auf die Rollen wird von einem Druckluftzylinder bereitgestellt,
der mit einem herkömmlichen
Magnetventil aktiviert wird, dass wiederum von zwei (2) Annä herungsschaltern
betrieben wird, einer zum Vorrücken
der Rolle und der andere zum Zurückziehen.
Andere Einrichtungen, wie die mechanischen Verbindungen sind offensichtlich
und werden hier nicht beschrieben. Der Druck wird über die
Länge des
Zylinders verteilt und liegt beim Transfer für diese spezielle Tinte zwischen
12 kg und 17 kg pro Zentimeter der Länge der Rolle, vergleiche A.
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Demnach
führt die
Erfindung dazu, dass die Folie aufgrund des an der hochenergetischen
Kastenoberfläche
anklebenden, Wärmeaktiviertem
Klebstoffs mit genau der gleichen Geschwindigkeit befördert wird,
mit der sich der Kasten an der Rolle vorbei bewegt. Die frei rotierende
Andrückrolle
hält eine Bahngeschwindigkeit
aufrecht, die der linearen Geschwindigkeit der Folie und des Kastens
entspricht. Folglich wird die Tinte vollständig und ohne Verzerrung transferiert.
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Um
eine schnelle und vollständige
Klebewirkung zu erreichen, ist die Andrückrolle um einen hohlen Kern
geformt. Im Inneren des hohlen Kerns ist ein durch ein Steuergerät betriebener
Widerstandsheizer aufgehängt.
Das mit 500 W spezifizierte Heizelement hält die Rollenoberfläche auf
jeder vorbestimmten Temperatur. Im Rahmen der Erfindung beträgt die Temperatur
der Rolleroberfläche
zwischen 250°F und
370°F (120°C und 190°C), vgl. B.
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Als
bedrucktes Substrat können
viele mit Silikon beschichtete Polymerfolien verwendet werden. Hochtemperatur-Folien,
wie beispielsweise Polyester, können
in kontinuierlichem Kontakt mit der geheizten Rolle betrieben werden.
Bei Niedrig-Temperatur-Folien,
wie beispielsweise Polypropylen, muss vermieden werden, dass diese
mit der geheizten Rolle während
Pausen beim Beschriftungs-Vorgang in Kontakt steht. Um dies zu erreichen,
werden Folienführungen
dazu verwendet, die Folien zu abzustützen, wenn die Rolle zurückgezogen
wird. Die Führungen
sind so angebracht, dass sie einen Abstand von ungefähr 13 mm
zwischen den Führungen
und der bedruckten Oberfläche
aufrechterhalten. Gleichzeitig wird die Rolle ungefähr 13 mm
hinter die Folie zurückgezogen.
Beim Einhalten derartiger Abstände wird
ein Dehnen und ein Verzerren der beispielsweise aus Polypropylen
bestehenden Folie vermieden. Hochtemperatur-Folien benötigen die
Führungen nicht.
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Es
wurde weiterhin herausgefunden, dass die Spannung der Folie, insbesondere
auf der Ausgangsseite der Folie bezüglich der Rolle, für einen kompletten
Tintentransfer von Bedeutung ist. Durch Tests wurde herausgefunden,
dass eine kontinuierliche Spannung von ungefähr 2,5 kg sinnvoll ist. Dies wird
durch einen Federvorgespannten Tänzerarm und
einer -rolle erreicht.
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Herkömmliche
Andruckwalzen und ein Schrittmotor werden dazu verwendet, die Folie
zur nächsten
Beschriftung zu befördern
und um sie exakt zu positionieren, wobei eine aufgedruckte Markierung
dazu verwendet wird, einen optischen Scanner auszulösen.
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Der
Schutz der Tinte gegen Zerkratzen bei unachtsamer Handhabung sowie
ein Gewährleisten ihrer
Wetterbeständigkeit
bei einer Lagerung im Freien werden durch das Aufbringen einer Acrylbasierten Wachs-Wasser-Emulsion
erreicht, wie in 4 dargestellt.
Diese wird mit einem Walzenbeschichter aufgetragen, dem von einer
Nassrolle eine kontrollierte Menge an Beschichtung zugeführt wird.
Die Steuerung wird durch ein Abstreifmesser erreicht. Die Beschichtung
erstreckt sich hinreichend weit über
die Kanten des Tintenmusters hinaus und versiegelt die Kanten gegenüber eindringender
Feuchtigkeit.
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Der
letzte Verfahrensschritt ist das Verschmelzen der Schichten der
Beschichtung, der Beschriftungstinte und des Klebstoffes sowie das
Interdiffundieren der Klebstoffschicht mit dem Polyethylensubstrat,
wie in 5 dargestellt.
Diese Entdeckung wurde durch intensive Versuche mit vielen Heizsystemen
gemacht. So wie herausgefunden wurde, dass eine Flammenbehandlung
die beste Methode darstellt, die die benötigte Oberflächenenergie zum
Ankleben der Beschriftung bereitstellt, wurde herausgefunden, dass
eine Flammenbehandlung der Beschriftung und der Beschichtungszusammensetzung
die beste Methode darstellt, um die benötigte Haltbarkeit gegenüber Lagerung
im Wasser zu erzeugen, ohne mechanische Eigenschaften zu opfern, die
visuellen Eigenschaften der aufgebrachten Beschriftung zu verändern oder
den Polypropylen-Kasten zu verformen.
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In 6 ist die vorliegend dargestellte
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung gezeigt.