JP2022531301A - フレキシブルフィルムの接着方法およびそれを実施するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、第１フィルムの表面を軟化状態にしてから、その軟化した表面を第２フィルムに接触させることにより、フレキシブルフィルムを接着する方法、本発明の方法を実施するための装置、および本発明の方法または本発明の装置により得られる複合体に関する。

Description

本発明は、第１フィルムの表面を軟化状態に変換してから、その軟化した表面を第２フィルムに接触させることにより、フレキシブルフィルムを接着する方法、本発明の方法を実施するための装置、および本発明の方法または本発明の装置によって得られる複合体に関する。

フレキシブルフィルムを接着する方法は、当業者には知られており、多種多様な異なる実施形態や接着剤をカバーしている。ほとんどの場合、フィルムを互いに接着するには、フィルムを完全に接着して剥離を避けるために、かなりの量の接着剤が必要となる。しかし、持続可能性や資源保護の観点から、フレキシブルフィルムをラミネートする際に必要な接着剤の量を減らす試みがなされている。

ＵＳ５，２５０，６１０には、カルボン酸基を含む高分子量ポリヒドロキシル成分と有機ポリイソシアネートをベースにした水性ポリウレタン分散液を材料またはワークピースの表面に塗布し、前記表面を別の材料またはワークピースの表面と接触させることを含む方法によって製造される複合体が開示されている。特殊な水性ポリウレタン分散液を使用することで、接着剤の量を１．５ｇ／ｍ^２にまで減らすことができる。

ＷＯ９７／０３８２１には、触媒によって硬化が促進される流体接着剤を第１の固体フィルムに塗布した後、プラスチック材料で全体または部分的に構成される第２の固体または流体フィルムを接触させ、後者のフィルムには接着剤の硬化を促進する触媒が含まれている積層体を作成する方法が記載されている。接着剤の塗布量は１．５ｇ／ｍ^２である。

しかし、接着剤の量を減らすと、剥離の危険性のほか、工程中に気泡が混入する危険性も高まる。このようにトラップされた気泡は、特に透明フィルムを使用した場合、得られる複合体に視覚的に認識され、得られる製品の光学的および機械的性能に悪影響を及ぼす可能性がある。さらに、ほとんどの場合、接着剤は基材間の結合として作用するだけでなく、接着される基材の表面の凹凸を補正することもできる。そのため、接着剤の量を減らす場合は、接着前に基材の表面を平滑にする別の方法が必要になる。基材の表面を滑らかにするには、その表面を加熱して凹凸を滑らかにする方法がある。

ＵＳ２０１５／０１４０３０７は、２つの基材を接着する方法を開示しており、この方法は、第１の基材上に接着剤を塗布し、塗布された接着剤を有する第１の基材を熱可塑性プラスチック製の第２の基材と一緒にし、加熱によって第２の基材の表面を軟化状態に変換することを含み、圧力によって、加熱前、加熱中および／または加熱直後に、基材を互いに接着する。接着剤は塗布量２ｇ／ｍ^２以下で塗布される。

Ｂｏｂ Ｐａｓｑｕａｌｅ氏の記事「Ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ」では、熱と圧力で２枚以上のウェブを貼り合わせるサーマルボンドラミネーションなど、複数のウェブを貼り合わせるいくつかの異なる方法についてまとめている。この場合、メインのヒートロールについて予熱された一次ウェブと、ラミネーションの前に予熱される可能性のある二次ウェブが、ニップポイントで一次ウェブに導入される。この記事では、ウェブの予熱はできるだけラミネートポイントの近くで行うこと、またラミネート後やメインのヒートロールから出た後、できるだけ早く製品を冷却することの重要性が強調されている。

ＤＥ１０２００５０２８６６１は、厚さの異なる２つの熱可塑性フィルムを熱照射源に導き、２つのフィルムを一緒にする前に軟化または溶融させる、２層フィルムの製造方法について言及しており、軟化または溶融は赤外線照射器を用いて行われる。

ＵＳ２０１１／００８６２３７は、熱可塑性の第１の材料を第２の材料に接合するための接合装置を開示しており、この装置は、第１の材料の接合面を加熱して接合面を溶融させるためのヒータ配置と、第１および第２の材料を一緒に移動させて接合状態にするための移動手段とを含む。

しかし、表面は滑らかになるものの、通常、加熱には加熱された基材の変形、特に延伸が伴うため、得られる複合体にはねじれや歪みが生じる。

ＵＳ６，５９９，３８７は、プラスチック部品から平らな複合体を製造する方法に関するもので、その方法は、片側で加熱された２つのプラスチック部品の表面を熱接着するもので、表面は接着側でビカット軟化点より１０～１００Ｋ高い表面温度に加熱され、ただし、プラスチック部品は予熱段階で元の形状を保持し、５～２００ｍｍ／ｓｅｃの前進速度で、１０～５００Ｎの押圧力をロールに作用させて、一対のロール間で押圧する。プラスチック部品の接着面を加熱するには、高周波電磁界や超音波などの間接的な物理的方法と、温風機や赤外線照射機などの直接的な熱照射方法がある。好ましくは、熱応力を避けるために、プラスチック部品をオーブンで予熱する。

ＵＳ２０１７／０２０３５４３は、２つの基材を接着的に結合する方法を提供することによって上記の問題に対処しており、この方法は、（ｉ）少なくとも１つの支持コンベアベルト上の少なくとも１つの熱可塑性プラスチックを含む第１のフィルム状の基材を、第１の基材の表面が軟化状態に変化するように基材を加熱する加熱ゾーンを介して搬送する工程と、（ｉｉ）第１の基材を第２の基材と一緒にする工程であって、ここで、第２の基材の表面が０．０１～４ｇ／ｍ^２のコーティング重量で接着剤によりコーティングされており、加熱中および／または加熱直後に、（ｉｉｉ）２つの基材を圧力によって接着的に結合する工程を含む。

加熱された基材フィルムの変形を最小限に抑えるために、支持用のコンベアベルトを使用する先行技術の方法には、コンベアベルトの動作速度に特別な注意を払わなければならないという欠点がある。また、縦方向の変形は抑えられても、横方向の変形の問題は解決されていない。

米国特許第５，２５０，６１０号明細書 国際公開第９７／０３８２１号 米国特許出願公開第２０１５／０１４０３０７号明細書 独国特許発明第１０２００５０２８６６１号明細書 米国特許出願公開第２０１１／００８６２３７号明細書 米国特許第６，５９９，３８７号明細書 米国特許出願公開第２０１７／０２０３５４３号明細書

Bob Pasquale, "Lamination system application and design considerations"

したがって、本発明の目的は、ラミネート中にフィルムが変形する危険性がなく、フレキシブルフィルムをラミネートできる方法を提供することである。

驚くべきことに、上記の目的は、フィルムの加熱が加熱可能なローラーの集合体（アセンブリ）によって行われる方法によって解決されることが判明した。

本発明の第１の目的は、したがって、フレキシブルフィルムを接着するための方法であって、この方法は以下を含む。
ｉ）熱可塑性の表面を有する第１フィルムを提供する；
ｉｉ）第２フィルムを提供する；
ｉｉｉ）第１フィルムと第２フィルムを、圧力によって一緒にする；
ここで、第１フィルムの熱可塑性表面を加熱して軟化させた後、第２フィルムと一体化する；
第１フィルムの表面の加熱は、加熱可能なローラー（１、２）のアセンブリによって行うことを特徴とする。

本発明による軟化状態とは、基材が元の形状を失うことなく寸法的に安定している状態で、基材の表面を塑性変形させることができる基材の状態をいう。

好ましい実施形態では、第２フィルムの表面は接着剤でコーティングされている。

フィルムの表面を加熱可能なローラーの集合体で加熱することにより、ラジエーターや熱風による複雑な加熱を避けることができる。さらに、驚くべきことに、フィルムの熱可塑性表面に加熱ローラーを直接接触させることで、加熱効率が格段に向上することを見出した。さらに、熱可塑性フィルムがローラーの表面に直接接触しているためと思われる、表面のさらなる滑らかさが観察された。また、表面を加熱する手段をフィルムの搬送系に含めることで、フィルムの縦方向や横方向の変形の危険性なく、フィルムの搬送速度を上げることができた。

好ましい実施形態では、加熱可能なローラーの集合体は、２～１０個、特に２～５個の加熱可能なローラーを含み、これらのローラーはプロセス方向に対して水平に連続して配置されているのが好ましい。第１フィルムの熱可塑性表面は、加熱装置によって軟化状態に変換される。ただし、フィルムにダメージを与えないように、表面が加熱されないように注意する必要がある。そのためには、加熱時のエネルギーの投入を、プロセスを中断することなく制御することが望ましい。驚くべきことに、加熱可能なローラーと第１フィルムの間の距離を調節することで、エネルギー入力を制御できることがわかった。好ましい実施形態では、アセンブリの各加熱可能なローラーは、個別に制御可能であり、例えば、１つ以上の加熱可能なローラーを第１フィルムとの接触から取り除くことにより、加熱可能なローラーと第１フィルムの距離を調節できる。この手順では、熱可塑性プラスチックの表面を加熱する際に、個別に簡単に調節できることが意外にもわかった。アセンブリの加熱可能なローラーの温度は、第１フィルムの熱可塑性表面の軟化点に応じて調節してもよい。熱可塑性材料の軟化点は、例えば、熱変形法（ＡＳＴＭ Ｄ６４８）やリングアンドボール法（ＩＳＯ ４６２５）など、さまざまな方法で測定できる。一般的に使用されている熱可塑性プラスチックの軟化温度を表にまとめる。好ましい実施形態では、少なくとも１つの加熱可能なローラーは、８０～３００℃、好ましくは１１０～２００℃の温度を有する。好ましくは、各加熱可能なローラーの温度を個別に制御できる。このようにして、加熱可能なローラーの温度が互いに異なる場合がある。したがって、好ましい実施形態では、加熱可能なローラーのそれぞれは、同じまたは異なる温度を有している。

さらに、アセンブリの直径の加熱可能なローラーは、必要に応じて選択できる。好ましい実施形態では、前記少なくとも１つの加熱可能なローラーは、１０～２５０ｃｍ、好ましくは５０～１００ｃｍの直径を有する。

本発明の過程で、驚くべきことに、冷却しなくても加熱されたフィルムの変形を回避できることを見出した。むしろ、加熱可能な各ローラーの温度を個別に調節することでフィルムの温度を制御でき、エネルギーのバランスが改善される。さらに、加熱ローラーの速度を個別に調節することで、追加の制御手段を提供している。好ましい実施形態では、加熱可能なローラーのそれぞれが積極的に駆動される。さらに好ましいのは、加熱可能なローラーのそれぞれが能動的に駆動され、個別に対応する実施形態である。

本発明の方法の好ましい実施形態では、第１フィルムは、フィルムの両側に配置された一連のローラーに導かれ、各ローラーは、ローラーの表面をフィルムと接触させるために個別に調節可能である。好ましくは、ローラーのセットは、隣り合うローラーが反対の回転方向を持つように操作される。少なくとも、第１フィルムの熱可塑性表面に対向するローラーは、フィルムの熱可塑性表面を軟化状態に移行させるための加熱可能なローラーである。ローラーを個別に調節することで、ローラーとフィルムの間の接触面積を必要に応じて調整し、熱可塑性表面のエネルギー入力を正確に調節できることを見出した。ローラーは、直線的および／または非直線的に調節可能であることが好ましい。

本発明の方法は、例えば食品包装に使用されるようなフレキシブルフィルムを接着するために設計されている。好ましい実施形態では、第１フィルムは、ポリエチレンおよびポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、エチレン－酢酸ビニル、エチレン－アクリルレート共重合体、エチレン－メチルメタクリレート共重合体およびエチレン－アクリル酸共重合体などのエチレン共重合体、ポリエステル、ポリラクチド、ポリアミドおよびアイオノマーから選択された材料を含むか、またはそれらで構成される。特に好ましい実施形態では、第１フィルムは、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはそれらの混合物を含んでなるか、またはそれらで構成される。

好ましい実施形態では、第２フィルムは、アルミニウム、鉄、亜鉛などの金属、青銅やアルミニウム合金などの金属合金、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体、ポリエステル、ポリアミドなどの熱硬化性または熱可塑性プラスチック、セロファンなどの有機ポリマー、紙やダンボール、織物、不織布などから選択された材料を含んでなるか、または構成されている。

本発明の好ましい実施形態では、第１フィルムと第２フィルムの間の結合強度をさらに高めるために、第２フィルムの表面が接着剤でコーティングされている。本発明の第１フィルムの加熱により、フィルム同士の接着に必要な接着剤の量を大幅に減らすことができる。好ましい実施形態では、接着剤は、２ｇ／ｍ^２未満、好ましくは１ｇ／ｍ^２未満、特に０．０１～０．７ｇ／ｍ^２のコーディング重量で第２フィルムの表面に塗布される。驚くべきことに、接着剤の使用量を減らしたにもかかわらず、製品の剥離は見られなかった。一方、接着されたフィルムは優れた接着強度を示し、様々な用途に適している。本発明の方法では、任意の適切な接着剤を使用できる。しかし、好ましい実施形態では、本発明の方法に採用される接着剤は、溶媒含有、水性または無溶媒の形態の熱可塑性接着剤または架橋性接着剤から選択される。さらに好ましいのは、接着剤が、ポリウレタン、エチレン－酢酸ビニルなどの熱可塑性ポリマー、アクリレート接着剤などの溶剤含有接着剤、１成分または２成分ポリウレタン接着剤、シラン架橋接着剤、１成分ポリウレタン接着剤、無溶剤の１成分または２成分ポリウレタン接着剤などの反応性接着剤、シラン系または放射線架橋系をベースにしたものである実施形態である。

本発明の別の目的は、本発明による方法を実施するための装置である。本発明による装置は以下を含んでなる。
ａ）熱可塑性の表面を有する第１フィルムを供給するための供給装置；
ｂ）第２フィルムを供給するための供給装置
ｃ）第１フィルムの熱可塑性表面を加熱して、熱可塑性表面を軟化状態にするための加熱可能なローラーのアセンブリ；
ｄ）第１フィルムと第２フィルムを接触させる手段、および
ｅ）接合された第１および第２のフィルムを分散させるための出力装置。

本発明の装置のセットアップでは、フィルムを搬送する速度を個別に調節できる。好ましい実施形態では、ローラーは積極的に駆動される。

驚くべきことに、加熱時のエネルギー投入量を注意深く制御することで、加熱されたフィルムの変形を回避できることがわかった。好ましい実施形態では、本発明の装置に含まれる加熱可能なローラーは、したがって個別に制御可能である。

本発明の装置の好ましい実施形態では、装置は、フィルムの両側に配置された一連のローラーからなり、各ローラーは、ローラーの表面をフィルムに接触させるために個別に調節可能である。好ましくは、ローラーのセットは、隣り合うローラーが反対の回転方向になるように操作される。少なくとも、第１フィルムの熱可塑性表面に対向するローラーは、フィルムの熱可塑性表面を軟化状態に移行させるための加熱可能なローラーである。ローラーを個別に調節することで、ローラーとフィルムの間の接触面積を必要に応じて調整でき、熱可塑性表面のエネルギー入力を正確に調節でき、追加の冷却が不要になることを見出した。ローラーは、直線的および／または非直線的に調節可能であることが好ましい。

好ましい実施形態では、本発明の装置は、第２フィルムの表面を接着剤でコーティングする手段をさらに含む。

本発明の装置は、熱可塑性の表面を有し、その表面が軟化した状態の第１フィルムと、第２フィルムとを接触させる手段を含む。好ましい実施形態では、第１および第２のフィルムを接触させる手段は、第１フィルムの軟化した表面に第２フィルムを押し付けるための少なくとも１つのラミネーションユニットを含む。

ラミネートユニットは、プロセス方向に沿って加熱装置の後ろに配置されていることが好ましい。特に好ましい実施形態では、ラミネーションユニットは、少なくとも１つの加熱可能なローラーに近接して配置されている。好ましい実施形態では、第１フィルムと第２フィルムの接触は、少なくとも１つの加熱可能なローラーとラミネーションユニットの間でフィルムを導くことによって実現される。ラミネーションユニットは、加熱可能なラミネーションローラーの形で提供されるのが好ましい。驚くべきことに、２つのローラー（一方は加熱可能なローラー、他方は非加熱可能なローラー）を有するラミネートユニットを採用することで、ラミネートが改善されることを見出した。特に好ましい実施形態では、ラミネーションユニットは、少なくとも２つのローラーを含んでなり、そのうちの１つは好ましくは加熱可能なローラーである。ラミネートユニットの好ましい設計により、ローラーの直接接触によって接着されるフィルムの部位を加熱することにより、第１フィルムの熱可塑性表面を非常に効果的に活性化させることができる。

本発明の装置のいずれの構成要素も、迅速かつ効率的な生産を保証する方法で操作できる。好ましい実施形態では、第１フィルムは、第２フィルムの０．５～１．５倍、好ましくは０．９～１．１倍の速度で搬送される。さらに、加熱可能なローラーの速度は、必要に応じて第１および／または第２のフィルムの速度と相対的に適合させることができる。

本発明の方法および本発明の装置は、特にフレキシブルフィルムをラミネートするために設計されている。本発明のさらなる目的は、したがって、本発明による方法または本発明による装置によって得られる複合体である。本発明の方法が接着剤を用いて行われる場合、本発明の複合体は、フィルム間の接着剤の薄い層によって特に区別される。接着層は、好ましくは５μｍ未満、好ましくは２μｍ未満、特に１μｍ未満の厚さを有する。

本発明は、以下の図を参照してより詳細に説明されるが、これらの図は決して本発明の範囲や精神を限定するものと理解されるべきでない。

図１は、直線的に調節可能な一組のローラーを第１フィルムのどちら側にも配置される本発明の実施形態であって、本発明の装置がアイドル状態にある実施形態を示す。 図２は、直線的に調節可能な一組のローラーを第１フィルムのどちら側にも配置される本発明の実施形態であって、本発明の装置が作業状態にある実施形態を示す。 図３は、一組のローラーが非線形に調整可能である本発明の実施形態であって、本発明の装置がアイドル状態にある実施形態を示す。 図４は、一組のローラーが非線形に調整可能である本発明の実施形態であって、本発明の装置が作業状態にある実施形態を示す。

図１および図２は、直線的に調節可能な一組のローラーを第１フィルムのどちら側にも配置される本発明の実施形態を示している。図１は、本発明の装置がアイドル状態にある実施形態を示し、図２は、本発明の装置が作業状態にある実施形態を示す。熱可塑性の表面を持つフィルム（９）を、少なくとも１つのローラーが加熱可能なローラーである一連のローラー（１，２）に通して、フィルムの熱可塑性表面を軟化した状態にする。ローラー（１，２）のフィルムへの接触は、軸（５）に沿ってローラーを調節することで確立される。これにより、フィルムとローラーの接触面積を必要に応じて調整できる。一連のローラーに導かれた後、第１フィルム（９）は、第２フィルム（１０）の表面が、軟化状態にある第１フィルム（９）の熱可塑性表面に接触するように、第２フィルム（１０）と接触させられる。ラミネートユニット（７）を介して接触を行い、ラミネート製品（１１）を得る。

図３および図４は、一組のローラーが非線形に調整可能である本発明の実施形態を示しており、図３は本発明の装置がアイドル状態にあることを示し、図４は本発明の装置が作業状態にあることを示している。熱可塑性の表面を持つフィルム（９）を、少なくとも１つのローラーが加熱可能なローラーである一連のローラー（１，２）に通して、フィルムの熱可塑性表面を軟化した状態にする。ローラー（１，２）のフィルムへの接触は、軸（５）に沿ってローラーを調節することで確立される。これにより、フィルムとローラーの間の接触面積を最大化し、高い効率性を実現している。一連のローラーに導かれた後、第１フィルム（９）は、第２フィルム（１０）の表面が、軟化状態にある第１フィルム（９）の熱可塑性表面に接触するように、第２フィルム（１０）と接触させられる。ラミネートユニット（７）を介して接触を行い、ラミネート製品（１１）を得る。

参照符号の一覧：
１ 上部ローラー
２ 下部ローラー
３ 接触エリア
４ 回転方向
５ 軸の動き
６ フロントプーリー
７ ラミネーションユニット
８ 軸
９ 第１フィルム
１０ 第２フィルム
１１ ラミネート

Claims (14)

1. フレキシブルフィルムをラミネートする方法であって、該方法は：
   ｉ）熱可塑性の表面を有する第１フィルム（９）を提供すること
   ｉｉ）第２フィルム（１０）を提供すること
   ｉｉｉ）第１フィルムと第２フィルムを圧力により持ってくること
   ここで、第１フィルムの熱可塑性表面を加熱して軟化させた後、第２フィルムと一体化する；
   を含み、第１フィルムの表面の加熱は、加熱可能なローラー（１、２）のアセンブリによって行うことを特徴とする、方法。
2. 第２フィルム（１０）の表面を接着剤でコーティングすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 第１フィルムの熱可塑性表面の加熱は、２～１０個、好ましくは２～５個の加熱可能なローラー（１、２）のアセンブリによって行うことを特徴とする、請求項１および２のいずれかに記載の方法。
4. アセンブリの加熱可能なローラー（１，２）のそれぞれが個別に制御可能であることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の方法。
5. 第１フィルム（９）は、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、エチレンコポリマー、ポリエステル、ポリ乳酸、ポリアミドおよびアイオノマーから選択される材料を含んでなる、または作られていることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の方法。
6. 第２フィルム（１０）は、金属、金属合金、熱硬化性または熱可塑性プラスチック、有機ポリマー、テキスタイルおよび不織布材料から選択される材料を含んでなるか、または作られていることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の方法。
7. ２ｇ／ｍ^２未満、好ましくは１ｇ／ｍ^２未満、特に０．０１～０．７ｇ／ｍ^２の塗工量で接着剤を第２フィルムに塗布することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
8. 請求項１～７のいずれかに記載の方法を実施するための装置。
9. ａ）熱可塑性の表面を有する第１フィルムを供給するための供給装置；
   ｂ）第２フィルムを供給するための供給装置；
   ｃ）第１フィルムの熱可塑性表面を加熱して、熱可塑性表面を軟化状態にするための加熱可能なローラーのアセンブリ；
   ｄ）第１フィルムと第２フィルムを接触させる手段；および
   ｅ）接合した第１および第２フィルムを吐出するための出力装置
   を含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. アセンブリの加熱可能なローラー（１，２）のそれぞれが個別に制御可能であることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の装置。
11. ローラー（１，２）が個別に調節可能で、好ましくは線形および非線形で調節可能であることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の装置。
12. 各ローラー（１，２）がアクティブに駆動されることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の装置。
13. 第１および第２フィルムを接触させるための手段は、好ましくは少なくとも１つの加熱可能なローラー（１，２）に近接して配置された少なくとも１つのラミネーションユニットを含むことを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の装置。
14. 請求項１～７のいずれかに記載の方法または請求項８～１３のいずれかに記載の装置によって得られた複合体。

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