JP4473507B2 - 押出しエンボシング方法及びシステム - Google Patents
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Description
(技術分野)
本発明は、包装産業に関し、特にエンボスした多層可撓性包装材料の製造方法並びにシステムに関する。
【0002】
(背景技術)
エンボシング技術は、材料に圧力をかけ、それにより材料に浮出した模様を形成させることを意味する。先行技術の方法は、エンボスされた最終製品を完成するのに剛性を有するエンボシング・ロールと柔らかい支持(背面)ロールを使用するのが普通である。しかし、可撓性包装材料をエンボスするために先行技術の方法を用いることには、重大な欠点がある。
【0003】
可撓性包装材料が食品やその他の腐りやすいものの容器として用いられる場合には、包装材料の障壁特性が非常に重要である。普通望まれることは、包装材料が、酸素障壁特性、湿気障壁特性、光障壁特性、又はこれらの特性の組合せを具備することである。包装材料をエンボスする幾つかの先行技術の方法は、可撓性包装材料をそれが積層された後にエンボスすることを包含している。これらの先行技術の方法は、障壁特性を有する材料を分裂させてこれらの諸特性を著しく劣化させるという点において、満足できないものである。
【0004】
積層された後で包装材料をエンボスすることに伴う問題点を解決するための努力の中で、包装材料の第二層をエンボスした後で障壁層と積層させるという、先行技術の方法が生まれた。しかし、この方法の欠点は、エンボシングに続く積層工程がエンボスされた模様を平らにする又はアイロンをかけるように皺をなくしてしまうことである。
【0005】
それ故、この技術分野で必要とされることは、包装材料の望ましい障壁特性を著しく崩壊させない、及び/又は可撓性包装材料上のエンボスされた模様を実質的に平らにしないで、エンボスされた包装材料を製造する方法及びシステムである。
【0006】
(発明の要約)
本発明は、エンボシングの先行技術の欠点を改善する、押出しエンボシングの新規な方法並びにシステム(装置)を提供するものである。特に、本発明は、一つの層が隣接層の押出し及び追加層の積層と同時にエンボスされるような、多層可撓性包装材料をエンボスするための方法並びにシステム(装置)を提供する。
【0007】
本発明の一実施態様において、システム(装置)は、エンボシング・ロール、ロール間を通る材料を受けるためのロール間隙をエンボシング・ロールと金敷ロールとの間に形成するように、エンボシング・ロールに対向して置かれた金敷ロール、ロール組立物を通して可撓性包装材料を移動させる手段、及び押出し金型から構成される。好ましくは、システム(装置)は、エンボシング・ロールを金敷ロールに押し付けるための加圧ロールを更に備えている。
【0008】
三層可撓性包装材料が、本発明の一実施態様を用いて形成されてエンボスされる。事前形成された材料の第一層が、加圧ロール、エンボシング・ロール、及びエンボシング・ロールと金敷ロールとの間のロール間隙、の順に供給される。同時に、事前に形成された材料の第三層が、金敷ロール及びエンボシング・ロールと金敷ロールとの間のロール間隙、の順に供給される。亦同時に、第二層の溶融薄板状物が押出し金型から押出され、エンボシング・ロールと金敷ロールのロール間隙の位置で、第一層と第三層の間に堆積される。
【0009】
本発明の方法並びにシステム(装置)は、先行技術を凌駕する多くの利点をもたらす。例えば、本発明は、材料のエンボシングに通常伴われる可撓性包装材料の障壁特性の損失を、避ける又は制限するものである。本発明は、材料の製造過程における可撓性包装材料上のエンボスされた模様が失われるのを避けるか又は制限する。本発明は、可撓性包装材料の表面の摩擦係数を低減することも予想される。摩擦係数の低減は、「成形、充填、封止」(F/F/S)機械上での材料処理の改善をもたらし、材料中に滑剤を取り入れる必要性を低減乃至改善する可能性がある。最後に、本発明は、エンボスされた可撓性包装材料の堅さの「手触り」を改善し、それによって材料の厚さの番手を下げることを可能にする。
本発明のその他の目的、特徴、及び利点は、開示された実施態様、図、及び添付した特許請求の範囲についての以下の詳細な説明を吟味すれば明らかになるであろう。
【0010】
【発明の実施の形態】
(発明の詳細な説明)
本発明は、エンボスされた多層可撓性包装材料を製造する新規な方法並びにシステム(装置)から構成される。特に、本発明は、可撓性包装材料を押出しエンボスする方法を提供する。この方法は、好ましくは、材料をエンボスする際における可撓性包装材料の障壁効果の損失を低減し、及び/又は材料の生産工程を通してエンボスされた模様の保持を改善する。此処で用いられているように、「エンボスされた」という言葉は、部分的に浮出た表面を持つ材料を意味し、「エンボシング」及び「エンボスする」という言葉は、エンボスされた材料を製造する行為を意味する。浮出た表面は、文字、数字、記号、模様、デザイン文字、又はそれらの任意の組合せ、の形をとるであろう。此処で用いられているように、「エンボスされた模様」という言葉は、文字、数字、記号、任意の模様及びデザイン文字、又はそれらの任意の組合せ、の形をとる、可撓性包装材料上に浮出た表面を意味する。
【0011】
同様に此処で用いられているように、「可撓性包装材料」という言葉は、可撓性又は部分的に可撓性の任意の薄板材料を意味する。可撓性包装材料は、ポリプロピレン、ポリエチレン及びポリアミドを含み且つそれらに限定されない一つ以上の熱可塑性材料、ポリエステルを含み且つそれに限定されない一つ以上の熱硬化性材料、イオノマー、エチレン酢酸ビニル(EVA)及びメタロセン−ポリエチレン(M−PE)を含み且つそれらに限定されない一つ以上の熱融着性材料、並びに紙や箔のような非重合体、又はそれらの矛盾のない組合せから成る。ある実施態様においては、可撓性包装材料は三層から成っているけれども、可撓性包装材料が三層以上から成ることもあるということは理解されるべきである。
【0012】
本発明は、エンボスされた多層可撓性包装材料を製造する新規な方法を提供する。本発明は、可撓性包装材料30の事前に形成した第一層12を同時にエンボスすること、第一層12に隣接して可撓性包装材料30の第二層18を押出すこと、包装材料30の第一層12、第二層18、及び事前に形成した第三層24に圧力をかけて接続することから構成され、且つ第三層24が第二層18に隣接して接続されていることを特徴とする、多層可撓性包装材料を製造する方法を包含する。此処に用いられているように、「事前に形成した」という言葉は、固体であって、液体ではなく、溶融体でもない、材料を意味する。
【0013】
エンボスされた多層可撓性包装材料を製造する方法を提供するのに加えて、本発明は、エンボスされた多層可撓性包装材料を製造するシステム(装置)を提供する。一実施態様において、システム(装置)は、エンボシング・ロール50、ロール間を通る材料を受けるためのロール間隙80をエンボシング・ロール50と金敷ロール60との間に形成するように、エンボシング・ロール50に対向して置かれた金敷ロール60、包装材料の事前に形成した第一層をロール間隙80に供給するための第一供給機、包装材料の事前に形成した第三層をロール間隙80に供給するための第二供給機、及び押出し金型70から構成される。好ましい実施態様において、本発明のシステム(装置)は、更にエンボシング・ロール50を金敷ロール60に対して押し付けるための加圧ロール40を更に備えている。
【0014】
本発明の方法及びシステム(装置)の一実施態様を用いてエンボスされた多層包装材料の製造において、第一層12が、エンボシング・ロール50、エンボシング・ロールと金敷ロール60との間のロール間隙80、へと順に供給される。第一層12は、ロール間隙80へ第一供給機を介して供給されるが、第一供給機は一つ以上のロールと一台の巻戻しシステム(装置)から成る。同時に、第三層24が、金敷ロール60、ロール間隙80、へと順に供給される。第三層24は、ロール間隙80へ第二供給機を介して供給されるが、第二供給機は一つ以上のロールと一台の巻戻しシステム(装置)から成る。亦同時に、第二層18の溶融薄板状物が、押出し金型70から押出され、ロール間隙80の位置において第一層24と第三層24の間に堆積される。好ましくは、第二層18の溶融薄板状物は、約500゜から620゜Fの温度で、より好ましくは550゜Fで押出し金型70から離れる。更に好ましい実施態様において、第二層18の溶融薄板状物は、積層時点での最終厚さが約0.3から2ミル、より好ましくは0.5から1.0ミルになるように押出し金型70から押出される。
【0015】
本発明の一実施態様においては、加圧ロール40、エンボシング・ロール50及び金敷ロール60の一つ、二つ又は全てが、生産工程を通じて連続的に冷却される。加圧ロール40、エンボシング・ロール50及び金敷ロール60の一つ、二つ又は全てを冷却することは、第二層18の溶融薄板状物の温度を下げて凝固させるという目的に役立つ。本発明によれば、加圧ロール40は約55゜Fまで冷却され、金敷ロール60は約55゜Fまで冷却される。しばしば、動的操作条件下では、凝結を最少にするためにロールは周囲雰囲気の露点より僅か上に保たれるように冷却される。冷却水は55゜Fであっても、熱伝達によりロールの表面は約70゜Fとなろう。加圧ロール40は、直径が約10から12インチが好ましく、より好ましくは直径10インチであり、金敷ロール60は直径が約24から36インチが好ましく、より好ましくは直径24インチ又は直径36インチである。加圧ロール40及び金敷ロール60は、剛体であることが好ましく、鋼、クロムめっき及びステンレス鋼を含み且つそれらに限定されない材料から成るであろう。
【0016】
加圧ロール40及び金敷ロール60は、可撓性包装材料及び個々の層を一緒になるように加圧して、可撓性包装材料を構成する個々の層を接合するのを促進する。操作時においては、加圧ロール40、エンボシング・ロール50及び金敷ロールは、互いに噛み合う。ロール間隙圧力の均一性は、エンボシング・ロールの各端部に連結された空気シリンダーを制御することによって達成される。各ロール間隙における圧力は、10〜150PLI(直線一インチ当たりのポンド)が好ましく、より好ましくは20〜40PLIである。
【0017】
此処で説明したシステム(装置)は、同じくエンボシング・ロールを備えている。好ましくは、エンボシング・ロール50はエラストマー・エンボシング金型52及び鋼基材54から構成される。エンボシング・ロール50の直径は、約4〜12インチが好ましく、より好ましくは6〜8インチである。エラストマー・エンボシング金型は、シリコーン・ゴム、エチルプロピレン・ジアミン単量体(EPDM)、シリコーン/EPDM混合物、ネオプレン及び感光性重合体、又はそれらの矛盾のない任意の組合せを含み且つそれらに限定されない材料から構成される。好ましい実施態様では、エンボシング・ロール50はシリコーン・ゴムから成る。更に好ましい実施態様では、エンボシング・ロール50はシリコーン・ゴム及びEPDMから成る。
【0018】
図3に見るように、エラストマー・エンボシング金型52は、エンボシング・ロール50の鋼基材54の上で且つ周囲に置かれたスリーブ又は薄板であろう。エラストマー・エンボシング金型及び鋼基材54両者の幅が変わることがあるということは、理解されるべきである。エラストマー・エンボシング金型52は、当業者に周知の任意の方法で達成される、浮出た模様から成っている。一実施態様において、エラストマー・エンボシング金型52は、エンボシング・ロール50上を覆う連続的な重合体である。連続的重合体は、シリコーン又はシリコーン/EPDM混合物であることが好ましい。更なる好ましい実施態様においては、浮き出した模様は直接連続的重合体被覆上にレーザで彫り込まれる。もう一つの実施態様においては、エラストマー・エンボシング金型52は、既に浮き出した模様を有するエンボシング板から成り、エンボシング板はエンボシング・ロール50の周りに巻き付けられる。好ましい実施態様において、エンボシング板は、ゴム、シリコーン又はEPDMから成る心材の周りに巻きつけられた、ポリエステル裏打ち材を有する感光性重合体の板である。以上述べた実施態様のそれぞれにおいて、エラストマー・エンボシング金型52は次の性質の一つ以上を有することが望ましい:耐磨耗性、500゜Fまでの耐熱性、良好な離型特性及び良好な弾力性。
【0019】
エラストマー・エンボシング金型は、可撓性包装材料の第一層12と接触するだけであるが、可撓性包装材料30の第一層12と第二層18の両方ともエンボスされた模様を保持するであろう。エラストマー・エンボシング金型は、図1bに示すように第一層12の側面14に接触する。側面14は、エラストマー・エンボシング金型上の浮出た模様と同じ形になるので、第一層12の側面16及び第二層18の側面20も同様にエラストマー・エンボシング金型上の浮出た模様と程度は低いが同じ形になる。第二層18の側面22、第三層24の側面26の何れも、浮出た模様と同じ形にならないことが好ましい。第三層24は収縮してエンボスされた模様と同じ形に成ることもあるが、堆積金属の非常に薄い層は応力がかかると第三層の障壁特性を低減させることがあるので、このような形状同一化を低減する又は避けることが本発明の一つの目的である。
【0020】
浮出た模様の高さは、第一層12と第二層18の間に捕らえられた空気の量と直接相関関係があるので、結合強度を低下させることがあり、浮出た模様の高さが制限されると言う点で望ましくない。好ましくは、浮出た模様の高さは、約20ミル未満である。より好ましくは、エンボシング・ロール50上の浮出た模様の高さは、約5と10ミルの間である。
【0021】
上で説明した方法によって生産され、下で説明するシステム(装置)で用いられる可撓性包装材料は、幾つかの層から構成される。一実施態様においては、可撓性包装材料30は第一層12、第二層18及び第三層24を具備している。可撓性包装材料を30形成するのに先立って、第一層12は事前に形成された材料の薄板状物である。第一層12は、一つ以上の熱可塑性重合体、一つ以上の熱硬化性重合体、又は箔から構成されている。第一層が箔から構成される場合は、ごく柔らかい箔が好ましい。第一層12に用いるのに適した熱可塑性重合体は、ポリプロピレン、ポリエチレン及びナイロン(ポリアミド)を含むがそれらに限定はされない。第一層12に用いるのに適した熱硬化性重合体は、ポリエステルを含むがそれに限定はされない。第一層12に用いるのに適した熱可塑性重合体の組合せは、当業者には周知であって、ポリオレフィン/エチレン・ビニールアルコール/ポリオレフィン及びポリオレフィン/ポリアミド/ポリオレフィン組成物を含むがそれらに限定はされない。好ましい実施態様において、可撓性包装材料の第一層12は配向ポリプロピレンから成る。本発明のもう一つの好ましい実施態様において、可撓性包装材料の第一層12はポリエステルから構成される。
【0022】
本発明の一つの利点は、同一可撓性包装材料上に、印刷並びにエンボシングを組み合わせて行なうのを可能にするということである。それ故もし望まれるならば、第一層12は予め印刷されていても良い。好ましくは、第一層12は第一層12の内側16に反転して予め印刷される。
【0023】
可撓性包装材料30の形成時に、第二層18は溶融材料であって冷却して固体材料に成る。第二層18は一つ以上の熱可塑性重合体から成るであろう。第二層18が二つ以上の重合体から成る場合、重合体は混合されるか又は共有押出しされるであろう。好ましくは、第二層18を構成する重合体は、第一層12及び第三層24を構成する材料に対する接着剤である。コロナ放電処理が、第一層12又は第三層24の表面エネルギーを増大させて、これらの層の第二層18に対する接着性を改善するために用いられることがある。可撓性包装材料30の第二層18に用いるのに適した熱可塑性重合体は、ポリプロピレン及びポリエチレンを含むがそれらに限定はされない。好ましい実施態様においては、第二層18はポリエチレンから成る。更なる好ましい実施態様においては、第二層18は低密度ポリエチレンである。もう一つの実施態様において、第二層はポリエチレンとEVAの共有押出し物から成り、ポリエチレンの層をEVAの一層又はEVAの二層が取り囲んでいる。
【0024】
可撓性包装材料30を形成するのに先立って、第三層24は事前に形成された材料の薄板状物である。第三層24は、一つ以上の熱可塑性重合体、一つ以上の熱硬化性重合体、紙又は箔から構成されているであろう。第三層24に用いるのに適した熱可塑性重合体は、ポリプロピレン、ポリエチレン・イオノマー及びメタロセン触媒活性ポリエチレンを含むがそれらに限定はされない。第三層24に用いるのに適した熱硬化性重合体は、ポリエステルを含むがそれに限定はされない。好ましくは、第三層24は金属化される。より好ましくは、第三層24はアルミニウムで金属化したポリプロピレンから成り、最も好ましくは、第三層24はポリプロピレン上に真空蒸着したアルミニウムから構成される。
【0025】
可撓性包装材料が後に包装用容器に形成され、袋詰され、封止される場合、第一層12は包装用容器の外側に向かうように方向付けられ、第三層24は包装容器の内側に向かって包装容器の内容物に向かい合うように方向付けられる。それ故、好ましい実施態様において、第三層24は、酸素障壁特性、光障壁特性及び湿気障壁特性を含むがそれらには限定されない、一つ以上の障壁特性を具備する。更なる好ましい実施態様において、可撓性包装材料30が一旦形成されエンボスされると、第三層24の障壁特性は約0から40%(低減百分率)、より好ましくは0から20%を超えては低減されることはない。此処で用いられているように、低減百分率は、可撓性包装材料形成前の個々の層における同じ障壁特性の水準に比較した、可撓性包装材料形成後の障壁特性の水準関する百分率として定義されている。可撓性包装材料の第三層以外の層も、一つ以上の障壁特性を有するであろうことは理解されるべきである。
【0026】
本発明の上で説明した方法並びにシステム(装置)を用いて製造した可撓性包装材料の実例は、次の通りである。本発明の一実施態様において、可撓性包装材料は、配向ポリプロピレンの第一層12、低密度ポリエチレンの第二層18、及びアルミニウム金属化ポリプロピレンの第三層24から構成される。本発明のもう一つの実施態様において、可撓性包装材料は、透明ポリエステルの第一層12、低密度ポリエチレンの第二層18、及びアルミニウム金属化ポリエステルの第三層24から構成される。
【0027】
此処で説明した可撓性包装材料を押出しエンボシングする新規な方法並びにシステム(装置)の利点は多い。本発明は、材料のエンボシングに通常伴われる可撓性包装材料の障壁特性の損失を、避ける又は制限するものである。本発明は、亦、材料の製造過程における可撓性包装材料上のエンボスされた模様が失われるのを避けるか又は制限する。本発明が、可撓性包装材料の表面の摩擦係数を低減することも亦予想される。摩擦係数の低減は、F/F/S機械上での材料処理の改善をもたらし、材料中に滑剤を取り入れる必要性を低減乃至改善する可能性がある。本発明は、エンボスされた可撓性包装材料の堅さの「手触り」を改善し、それによって材料の厚さの番手を下げることが可能になると予想される。最後に、本発明は、包装材料を一つの工程でエンボスし且つ積層することが製造工程中の全操作工程を排除するので、著しい費用的利点を提供する。
【0028】
上述の内容は本発明の特別な実施態様に関するものであること、並びに以下の特許請求の範囲によって定義される発明の範囲から逸脱することなく多くの変更が為されるであろうことは、理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1a〜bは、本発明の実施態様を用いて生産された可撓性包装材料の断面図である。
【図2】 本発明のシステムの一実施態様を用いる、エンボスされた可撓性包装材料の生産を概念図で説明したものである。
【図3】 エラストマー・エンボシング金型を備えたエンボシング・ロールの一実施態様の断面図である。
Claims (21)
- 以下の工程から構成される、エンボスされた多層可撓性包装材料の製造方法であって:
事前に形成した第一層をエンボシング・ロール及びエンボシング・ロールと金敷ロールとの間のロール間隙へ供給する工程、エンボシング・ロールは、エラストマー・エンボシング金型を備え、金敷ロールは剛性を有し;
事前に形成した第三層を前記金敷ロール及び前記ロール間隙へ供給する工程、第三層は金属箔又は金属化された重合体から成り、且つ一つ以上の障壁特性を有する;
押出し金型から第二層を押出し、前記ロール間隙において第一層と第三層の間に堆積させる工程;
前記事前に形成した第一層、前記押出し金型から押出された前記第二層、及び前記事前に形成した第三層に圧力をかけ前記ロール間隙において同時に接合すると共にさらに同時に前記第一層を前記エラストマー・エンボシング金型でエンボスする工程と
を備えることを特徴とする方法。 - エラストマー・エンボシング金型が、シリコーン・ゴムから成ることを特徴とする、請求項1の方法。
- エラストマー・エンボシング金型が、更にエチル・プロピレン・ジアミン単量体からなることを特徴とする、請求項2の方法。
- エンボシング・ロールが浮出た模様を備え、且つ浮出た模様が約20ミル未満の高さであることを特徴とする、請求項1の方法。
- 第二層が約500゜Fで、押出し金型を貫通して押出されることを特徴とする、請求項1の方法。
- 包装材料の第一層が、アルミニウム箔又は、熱可塑性重合体及び熱硬化性重合体から成る群から選ばれた一つ以上の重合体から成ることを特徴とする、請求項1の方法。
- 包装材料の第一層が、ポリプロピレン及びポリエチレンから成る群から選ばれた熱可塑性重合体から構成されることを特徴とする、請求項1の方法。
- 包装材料の第一層が、配向性ポリプロピレンから構成されることを特徴とする、請求項1の方法。
- 包装材料の第一層が、ポリエステルから構成されることを特徴とする、請求項1の方法。
- 包装材料の第二層が、熱可塑性重合体から構成されることを特徴とする、請求項1の方法。
- 包装材料の第二層が、ポリプロピレン及びポリエチレンから成る群から選ばれた熱可塑性重合体から構成されることを特徴とする、請求項1の方法。
- 包装材料の第二層が、低密度ポリエチレンから構成されることを特徴とする、請求項1の方法。
- 包装材料の第二層が、共有押出し成形された二つの重合体から構成されることを特徴とする、請求項1の方法。
- 包装材料の第三層が、熱可塑性重合体及び熱硬化性重合体から成る群から選ばれた一つ以上の重合体から構成されることを特徴とする、請求項1の方法。
- 包装材料の第三層が、ポリプロピレン及びポリエチレンから成る群から選ばれた熱可塑性重合体から構成されることを特徴とする、請求項1の方法。
- 包装材料の第三層が、アルミニウム金属化処理されたポリプロピレンから構成されることを特徴とする、請求項1の方法。
- 以下の構成から成る、多層可撓性包装材料の製造システムであって:
エラストマー・エンボシング金型を備えたエンボシング・ロール;
ロール間を通る材料を受け入れるためのロール間隙を形成するように、エンボシング・ロールに対向して置かれた剛性を有する金敷ロール;
事前に形成した第一層をエンボシング・ロール及びエンボシング・ロールと金敷ロールとの間のロール間隙へ供給するための第一供給機;
事前に形成した第三層を金敷ロール及びロール間隙へ供給するための第二供給機、第三層は金属箔又は金属化された重合体から成り、且つ一つ以上の障壁特性を有する;及び
事前に形成した第一層と事前に形成した第三層の間のロール間隙において包装材料の第二層を形成するために、押出した重合体をロール間隙内に堆積させるように配置された押出し金型とを備え、
エンボシング・ロール、金敷ロール、押出し金型、第一供給機及び第二供給機は、前記事前に形成した第一層、前記押出し金型から押出された前記第二層、及び前記事前に形成した第三層に圧力をかけ前記ロール間隙において同時に接合すると共にさらに同時に前記第一層を前記エラストマー・エンボシング金型でエンボスする構造及び配置をとることを特徴とする多層可撓性包装材料の製造システム。 - エラストマー・エンボシング金型が、シリコーン・ゴムから成ることを特徴とする、請求項17のシステム。
- エラストマー・エンボシング金型が、更にエチル・プロピレン・ジアミン単量体から成ることを特徴とする、請求項17のシステム。
- エンボシング・ロールを金敷ロールに対して押し付けるための加圧ロールを更に備えていることを特徴とする、請求項17のシステム。
- 加圧ロールが、冷却されていることを特徴とする、請求項20のシステム。
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