JP2014506550A - 再生可能な原料から製造されるストラップ - Google Patents

Abstract

本発明は、再生可能な原料を含有する材料からなる、それ自体に溶接可能な押出ストラップ並びにこれを製造する方法及び物品を固定する方法に関する。

Description

本発明は、再生可能な原料を含有する材料からなる、それ自体に溶接可能な押出ストラップ（ストラッピングテープ）並びにこれを製造する方法及び物品を固定する方法に関する。

９０年代半ば、生物学的に完全に分解できる材料からなる梱包用紐が開発された。これらの紐は、主にデンプンを含有した。これらの紐は、原則上確かに、共に溶接することができた。しかしながら、ストラップには通常のことである引張負荷がかかる際に溶接場所が壊れるので、これらの紐は、デンプンの悪い耐熱性により、ストラップとして全く不適当であった。デンプンが多糖類に属することで、これら当時の紐は、耐加水分解性ではなく、耐熱変形性も低かった。更に、工業用デンプンは、通常、ポリヒドロキシ酪酸などの他成分が、非常に高い割合で添加されており、このことは、他の欠点をもたらす。当時開発された紐は、ストラップとして不適当であった（独国実用新案第２９５２０４４８号公報、独国実用新案第２９５２０４４９号公報又は欧州特許第０７９９３３５号参照）。

独国特許第１９６５４０３０号明細書に、ポリエチレン製のロープ様３次元網目構造を備える織物成長支持体（ｅｉｎｅｎ ｔｅｘｔｉｌｅｎ Ａｕｆｗｕｃｈｓｔｒａｅｇｅｒ）が記載される。このポリエチレンは、自動梱包装置用ストラップの代表的材料として、第２欄第３５行に記載されている。請求された成長支持体は、網目構造用のこの材料のほかに、微生物用の成長面として機能する織物組織も有する。この織物組織は、分解性有機物質からなっていてよい（第１欄第１８行）。ロープ様網目構造用の材料としても、分解性有機材料を使用することは、明白な技術的課題であるにもかかわらず、当時の当業者に思いつくものではなかった。このことから、有機分解性材料のストラップへの使用に対する偏見が明らかにあったことがわかる。

独国特許第４４４６０５４号公報には、デンプンに基づく再生可能な原料からなる高強度の繊維が記載される。可能な使用として、第４頁第４６行に、特に結束用帯封（Ｕｍｒｅｉｆｕｎｇｓｂａｎｄｅｒｏｌｅｎ）も挙げられている。しかしながら、織られた結束用帯封は、その金のかかる製法のほかにも種々の欠点を有するので、普及するに至らなかった。

従って、本発明の目的は、その後のストラップとしての使用に必要な引張強度並びに耐熱変形性及び耐加水分解性も携えるように共に溶接可能であり、他面では、できる限り生分解性であるストラップを提供することである。

本発明の根拠となるこの目的は、第一の実施形態において、再生可能な原料を含有し、場合により生分解性である材料からなる、共に溶接可能な押出ストラップにより解決される。

ストラップとしての使用に必要な耐加水分解性及び耐熱変形性を有し、同じく引張強度も有する生分解性ストラップを、そうして初めて提供することができた。

好ましくは、再生可能な原料は、セルロース、脂肪族ポリエステル、ポリアミド、脂肪族ポリエステルアミド、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリビニルアルコール、ポリアルキレングリコール、リグニン又はこれらの化合物のうち少なくとも１つを含むコポリマー、或いはこれらの混合物又は誘導体の群から選択される。従来公知のデンプンをベースとする荷物紐とは異なり、非常に高い耐加水分解性及び高い耐熱変形性を有する生分解性ストラップを、そうして初めて得ることができた。デンプンは、多糖類として、他の欠点も有し、例えばデンプン製荷物紐は、溶接の際に熱分解し、そのため溶接点がいわばゾル破壊箇所となった。この欠点は、この好ましい実施形態を用いて克服できた。従って、本発明によるストラップ中のデンプン分も、好ましくは最大で１０重量％まで、特に、最大で５重量％までである。極めて特に好ましくは、本発明によるストラップは、デンプンを全く含有しない。従来技術から公知の、デンプンをベースとする梱包紐の他の欠点は、工業用デンプンが通常、例えばポリヒドロキシ酪酸から５０重量％より多く構成されることであった。

好ましくは、再生可能な原料は、脂肪族ポリエステル、特に好ましくはポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリブチレン−サクシネート（ＰＢＳ）又はその混合物もしくはその誘導体である。そうして得られたストラップが特に良好な耐加水分解性及び高い耐熱変形性を有するので、この特別な脂肪族ポリエステルは、特に好適であることが判明した。

ポリ乳酸は、好ましくは、少なくとも４０重量％までのＬ−乳酸、特に少なくとも７０重量％までのＬ−乳酸、極めて特に好ましくは少なくとも９０重量％までのＬ−乳酸から製造される。即ち、そうして、特に高い結晶化度が得られうるので、これらの紐を特に良好に延伸できたことが、意想外にも判明した。Ｄ−酸を多く含有する紐は、むしろ、延伸にはそれほど好適でない無定形ポリマーを生じるように見える。

再生可能な原料は、有利にはカップリング試薬により変性され、この試薬は、マレイン酸誘導体、メタクリル酸グリシジル誘導体、メタクリル酸誘導体、有機ケイ素化合物、酢酸ビニル誘導体又はこれらの混合物の群から選択される。有機ケイ素化合物は、とりわけ、例えばＶＴＭＳ（ビニルトリメトキシシラン）のようなシラン誘導体であってよい。これにより、ストラップとして使用するのに意想外にも非常に好適である、全く新規の原料を得ることができる。特に、そうでなければ欠点のあるデンプンを、こうしてストラップとしての使用にさえ適し得るように変性できる。

有利には、ストラップの材料は、少なくとも１０重量％の再生可能な原料、特に好ましくは、少なくとも７０重量％の再生可能な原料を含有する。それによって、ストラップが特に良好に生分解可能であることを保証できる。

好ましくは、ストラップは延伸され、特に一軸延伸され、極めて特に好ましくは少なくとも１：３に延伸される。これにより、引張強度、引裂き力及び伸長特性のようなストラップに特に重要な特性が、特に好都合に影響され得る。本発明によるストラップの幅は、例えば３ｍｍ〜５０ｍｍの範囲、特に４ｍｍ〜３２ｍｍの範囲にある。本発明によるストラップの厚さは、例えば０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲、特に０．４ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲にある。その際、ストラップ表面は、例えば滑らかであるか又はエンボス模様により凸凹にされていてよい。ストラップは、普通、紐長さ１０００ｍ〜８０００ｍが１巻に巻かれている。この寸法により、ストラップは、その用途、即ち、半自動又は全自動結束装置を用いて対象を自動結束する用途に、特に良好に適するようにされる。

ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ１１３３による溶融容積流量（ＭＶＲ）は、例えば１９０℃、２．１６ｋｇで３〜８の範囲にある。再生可能な原料のガラス転移温度は、例えば５０℃〜８０℃の範囲にある。再生可能な原料の密度は、例えば１．１ｇ／ｃｍ^３〜１．４ｇ／ｃｍ^３の範囲にある。再生可能な原料の融点は、例えば１３０℃〜２００℃の範囲にある。再生可能な原料のこれらの特性は、容易く製造でき、良好な機械特性を有するストラップを得るのに特に好適であると判明した。

好ましくは、再生可能な原料のモル質量Ｍ_ｗの重量平均値は、２００００ｇ／ｍｏｌ〜３０００００ｇ／ｍｏｌの範囲、特に１０００００ｇ／ｍｏｌ〜２２００００ｇ／ｍｏｌの範囲にある。そのような再生可能な原料から、意想外にも、低い脆性と高い引張強度の関係が特に釣り合ったストラップが生じる。

慣用の混和剤、添加剤及び他の変性剤を、例えば０重量％〜１０重量％、特に０．５重量％〜２重量％含有してよい。

ストラップの材料は、再生可能な原料のほかに、他の熱可塑性及び場合により生分解性材料を１０重量％〜９０重量％含有してよい。

再生可能な原料は、また、コポリマー、特にポリ乳酸のコポリマーであってよい。その場合、ポリ乳酸の前駆体中のＬ−乳酸のモノマー分は、好ましくは１０％より多く、特に５０％より多く、極めて特に好ましくは９０％より多い。

好ましくは、本発明によるストラップの繊維含有量は、最大で１０重量％まで、特に最大で１重量％までである。極めて特に好ましくは、本発明によるストラップは、繊維を含有しない。このことから、特に、熱可塑性材料と一緒に繊維を加工する際の、例えば空気混入による特性の不均一が回避できる。

本発明によるストラップは、例えば超音波溶接、レーザー溶接、摩擦溶接及び／又は接触溶接により溶接することができる。

本発明によるストラップは、例えばエンボスされていても又は滑らかであっても良い。

他の実施形態において、本発明の根拠となる目的は、本発明によるストラップの製造方法により解決され、この製造方法は、少なくとも以下のステップ：
ａ）再生可能な原料を含有する材料を溶融して押出すステップ、
ｂ）前記溶融された材料を流体中で冷却するステップ、
ｃ）得られたストラップを延伸し、硬化し、及び／又は冷却するステップ
を実施することを特徴とする。

この場合、押出温度は、例えば、１７０℃〜２５０℃の範囲、特に好ましくは１９０℃〜２２０℃の範囲にある。原料として顆粒を使用できる。一軸押出機又は二軸押出機を使用することができる。押出の際に、成形のため、スリットノズルを使用できる。

好ましくは、押出物は、押出直後に水浴に送られる。この水浴の温度は、例えば５℃〜７５℃の範囲にある。次いで、例えば、ストラップは、種々の流体中で一軸延伸することができる。特に好ましくは、延伸は空気中又は水中で行なうことができる。ストラップは、例えば、１：３〜１：８の比で延伸される。続いて、生じたストラップは、必要であればエンボスすることができる。

引き続いて、ストラップを空気中で硬化させ、空気又は水性媒体中で冷却し、その後、必要であれば巻き取ることができる。

他の実施形態において、本発明の根拠となる目的は、本発明によるストラップで物品を固定（結束）する方法により解決され、これは、ストラップを物品の周りに配置し、ストラップを少なくとも１箇所で相互に重ね合わせ、その後この位置で、ストラップの重なった箇所を一緒に溶接することを特徴とする。

溶接は、摩擦溶接、レーザー溶接又は熱楔溶接を用いて、行うことができる。特に好ましくは、超音波溶接を用いて、重なった箇所を一緒に溶接する。

とりわけ、延伸された再生可能な原料、特に脂肪族ポリエステル、例えばポリ乳酸、を溶接することは、今日まで、実際上、可能ではなかった。まさに再生可能な原料は、溶接により、熱的に分解され、かつ機械特性は、非常に著しく悪化されるので、ストラップとしての使用は最早不可能であろうという偏見があった。再生可能な原料は、例えばそのために必要な著しい引張強度を備えたストラップとしての基本的な適性を失わずに、超音波溶接を用いて溶接できるということが、いまや意想外にも判明した。

Ｌ−ポリ乳酸であるポリ乳酸の顆粒（Ｎａｔｕｒｅ Ｗｏｒｋｓ社のＰＬＡポリマー４０３２Ｄ）を溶融し、一軸押出機を用いて、２２０℃で、スリットノズルを通して押し出した。押出物を、温度５０℃の水浴に送り、引き続いて、空気中で１：４に延伸した。引き続いて、得られたストラップを空気中で硬化させ、冷却し、その後巻き取った。引き続き、テストのために、慣用の引っ越し用カートンをこの得られたストラップで固定するが、その際、ストラップを引っ越し用カートンの周りに回し、ストラップの両端を２ｃｍ重ねた。ストラップの重なった端は、超音波溶接により共に溶接した。製造パラメーター、特に、押出の際のスリットノズルの厚さと幅は、延伸後に厚さ０．７ｍｍ、幅１２ｍｍのストラップが生じるようにまとめて選択した。

本発明により製造されたストラップは、表面にエンボスされ、１４５Ｎ／ｍｍ^２より大きい引裂き抵抗を有した（ＤＩＮ５３５０４による）。破断伸びは、２０％未満であった（ＤＩＮ５３５０４による）。加水分解による分解は観察されなかった。得られたストラップは、加水分解に安定であった。更に、得られたストラップは、少なくとも７０℃まで熱変形しなかった。

Claims (11)

1. 再生可能な原料を含有する材料からなる押出ストラップであって、この押出ストラップ自体が溶接可能である、押出ストラップ。
2. 前記再生可能な原料が、セルロース、脂肪族ポリエステル、ポリアミド、脂肪族ポリエステルアミド、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリビニルアルコール、ポリアルキレングリコール、リグニン又はこれらの化合物のうち少なくとも１つを含むコポリマー、或いはこれらの混合物又は誘導体の群から選択され、特にポリ乳酸（ＰＬＡ）もしくはポリブチレン−サクシネート（ＰＢＳ）又はその混合物もしくはその誘導体であることを特徴とする、請求項１に記載のストラップ。
3. 前記ポリ乳酸が、少なくとも４０重量％までのＬ−乳酸、特に少なくとも９０重量％までのＬ−乳酸から製造されることを特徴とする、請求項２に記載のストラップ。
4. 前記再生可能な原料が、マレイン酸誘導体、メタクリル酸グリシジル誘導体、メタクリル酸誘導体、有機ケイ素化合物、酢酸ビニル誘導体又はこれらの混合物の群から選択されるカップリング試薬で変性されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のストラップ。
5. 前記材料が、少なくとも１０重量％の前記再生可能な原料、特に少なくとも７０重量％の前記再生可能な原料を含有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のストラップ。
6. 前記ストラップが延伸される、特に一軸延伸される、極めて特に好ましくは少なくとも１：３に延伸されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のストラップ。
7. 前記再生可能な原料のモル質量Ｍ_ｗの重量平均値が、２００００〜３０００００ｇ／ｍｏｌの範囲、特に１０００００〜２２００００ｇ／ｍｏｌの範囲にあることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のストラップ。
8. 前記繊維含有量が、最大で１０重量％まで、特に、最大で１重量％までであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のストラップ。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のストラップの製造方法であって、少なくとも以下のステップ：
   ａ）再生可能な原料を含有する材料を溶融して押出すステップ、
   ｂ）前記溶融された材料を流体中で冷却するステップ、
   ｃ）得られたストラップを延伸し、硬化し、及び／又は冷却するステップ
   を実施することを特徴とする、ストラップの製造方法。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のストラップを用いて物品を固定する方法であって、前記ストラップを物品の周りに配置し、前記ストラップを少なくとも１箇所で重ね合わせ、その後、この位置で、前記ストラップの重なった箇所を一緒に溶接することを特徴とする、物品を固定する方法。
11. 前記重なった箇所を、熱楔溶接、摩擦溶接又はレーザー溶接を用いて、特に好ましくは超音波溶接を用いて、溶接することを特徴とする、請求項１０に記載の方法。