PL186633B1 - Etykieta - Google Patents

Abstract

1. Etykieta majaca wielowarstwowa strukture, zawiera co najmniej warstwe podkladowa i skladajaca sie z wielu kolej- nych warstw, drukowana warstwe tuszu, odlacznie zamocowana do warstwy podkla- dowej, przy czym drukowana warstwa tuszu ma co najmniej warstwe przylepna i war- stwe obrazu, znamienna tym, ze drukowa- na warstwa tuszu (20) ma wspólczynnik przenikalnosci wody zawarty w przedziale pomiedzy 0.15 i 2.5. FIG. 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest etykieta.

Tego typu etykieta jest stosowana zwłaszcza dla zwrotnych pojemników plastikowych, jak na przykład skrzynki, a zwłaszcza stanowi dekoracyjną, promocyjną lub informacyjną etykietę stosowaną w skrzynkach z tworzywa sztucznego.

Znane jest etykietowanie pojemników, jak na przykład skrzynek z tworzywa sztucznego, poprzez wykonanie trwałego, nieusuwalnego obrazu metodą sitodrukową. Są to etykiety dwu- lub trójbarwne i mające wykończenie o dużej trwałości. Metoda ta oferuje jednakże ograniczoną ilość kolorów, brak zaawansowanej grafiki oferowanej przez inne techniki etykietowania, brak możliwości zmiany grafiki w dostosowaniu do strategii rynkowych prowadzący do rozbudowy parku przestarzałych urządzeń. Etykiety te wykazują oznaki zużycia po około czterech cyklach (typowa trwałość skrzynki jest szacowana na 60 cykli zwrotnych) i są stosunkowo kosztowne w porównaniu z innymi sposobami etykietowania.

W przypadku nakładania drukowanych etykiet na zwrotne skrzynki plastikowe metodą sitodruku lub druku tamponowego, tusz etykiety musi być nakładany w rozlewniach, takich jak na przykład browary, co może prowadzić do problemów. Przy usuwaniu etykiet ze skrzynek w myjkach, tusze te będą rozpuszczać się w płynie do mycia, zanieczyszczając w ten sposób myjki.

Znany jest sposób etykietowania pojemników, polegający na przyklejaniu drukowanych etykiet papierowych do pojemników, na przykład na plastikowe skrzynki lub butelki podczas ich napełniania i zamykania. Ten rodzaj etykiety ma jednakże małą odporność na uszkodzenia podczas przenoszenia i oddziaływania wilgoci (marszczenie). Ponadto etykiety papierowe są trudno usuwalne ze skrzynek i zatykają myjki skrzynek jakie są obecnie stosowane. Po usunięciu papierowych etykiet z plastikowych skrzynek, na skrzynkach tych mogą pozostawać resztki kleju.

Z opisu zgłoszeniowego WO 90/05088 znany jest sposób etykietowania pojemników, zwłaszcza szklanych butelek, który zapewnia uzyskanie trwałej etykiety odpornej na uderzenia, a przy tym umożliwia drukowanie wysokojakościowych obrazów. Zastosowana tu ety186 633 kieta odciskana, zawiera zdzieralną warstwę podkładową, która jest rewersyjnie zadrukowana tuszem winylowym lub akrylowym, podlegającym utwardzaniu i posiadającym nadruk klejowy. Etykieta taka jest nakładana na pojemnik i przywiera do niego powierzchnią kleju. Warstwa podkładowa jest oddzielana od warstwy odciskanej etykiety, na przykład przez podgrzanie pojemnika, etykiety, bądź obu tych elementów. Na pojemnik z taką etykietą nakładana jest następnie powłoka, która zostaje utwardzona. Utwardzona powłoka zapewnia żądany stopień odporności na uderzenia i trwałość. Wadą trwale nakładanych etykiet jest to, że w przypadku ich zarysowania lub uszkodzenia w inny sposób, nie mogą być łatwo usunięte z butelek. Ponadto nie jest możliwe zaopatrzenie tych samych pojemników każdorazowo w nowe lub inne etykiety, co jest pożądane przy działalności promocyjnej.

W sytuacji wielokrotnego wykorzystywania opakowań powstał całkowicie nowy rynek zajmujący się pakowanymi pojemnikami do napojów. Obecnie dotyczy to zarówno butelek politereftalanowo etylenowych, jak i szklanych.

Dla opakowań zwrotnych (wielokrotnego napełniania) znane jest oznaczenie wyrobu za pomocą drukowania jedynie na zewnętrznej powierzchni skrzynki. Ze względów transportowych, magazynowych i przestrzennych na zewnętrznej części skrzynki drukowana jest jedynie nazwa, informacja rynkowa, promocyjna, kod kreskowy itp. Wynika to z typowego ustawiania skrzynek na przykład w magazynach spożywczych z pokazaniem tylko tej części opakowania. Tak więc informacje na powierzchniach skrzynek stanowią jedyne rozróżnienie poszczególnych produktów.

Etykieta, według wynalazku, mająca wielowarstwową strukturę, zawiera co najmniej warstwę podkładową i składającą się z wielu kolejnych warstw, drukowaną warstwę tuszu, odłącznie zamocowaną do warstwy podkładowej, przy czym drukowana warstwa tuszu ma co najmniej warstwę przylepną i warstwę obrazu, charakteryzuje się tym, że drukowana warstwa tuszu ma współczynnik przenikalności wody zawarty w przedziale pomiędzy 0.15 i 2.5.

Korzystnym jest gdy na warstwie obrazu, drukowanej warstwy tuszu jest usytuowana przezroczysta powłoka ochronna, a w szczególności gdy powłoka ochronna jest korzystnie zamocowana do połączonych ze sobą warstw przylepnej i warstwy obrazu.

Warstwa obrazu korzystnie zawiera tusz uretanowy na bazie winylowej lub akrylowej, a korzystnie tusz jest rozpuszczalny w wodzie.

Warstwa przylepna korzystnie zawiera klej aktywowany na gorąco, korzystnie akrylowo uretanowy o początkowej temperaturze przyczepności 90°C max.

Korzystnym jest gdy powłoka ochronna jest na bazie akrylowego wosku.

Proponowane rozwiązanie dostarcza etykietę przeznaczoną dla zwrotnej skrzynki plastikowej, zawierającej obraz, lub nadruk, na co najmniej jednej swojej powierzchni, która podczas użytkowania jest trwała, odporna na zużycie, zadrapania, warunki atmosferyczne i wilgoć, lecz która może być łatwo usunięta podczas operacji mycia skrzynki po zwrocie do rozlewni.

Zaletą jest również to, że etykieta na plastikowym pojemniku jest niewrażliwa na zetknięcie przy przenoszeniu oraz warunki składowania zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz pomieszczeń. Etykieta jest łatwo i całkowicie usuwana w standardowej myjni skrzynek stosowanych po zwrocie plastikowego pojemnika w rozlewni w celu napełnienia.

Zaletą etykiety jest również to, że ma właściwości które są kontrolowane, w związku z czym etykieta nie ulega usunięciu lub uszkodzeniu podczas mycia skrzynki, lecz tylko w określonych, bardziej intensywnych operacjach mycia skrzynki. Etykieta może zawierać pełen zakres grafiki, począwszy od prostego jednokolorowego, aż do pełnych reprodukcji fotograficznych. Etykieta według wynalazku po nałożeniu na podłoże posiada współczynnik przenikalności wody, jak tu zdefiniowano, który wystarcza dla zapewnienia szybkiego usunięcia etykiety z podłoża za pomocą wody lub roztworu alkalicznego bez szkodliwego oddziaływania na to podłoże.

Dla uzyskania żądanej charakterystyki usuwania istotne okazało się kontrolowanie przenikalności wody poprzez etykietę po nałożeniu na powierzchnię podłoża, jak na przykład powierzchnię skrzynki. Jednakże przenikalność wody musi być wystarczająco duża, aby umożliwić szybkie usunięcie etykiety poprzez jej rozerwanie i spęcznienie materiału po zanu4

186 633 rzeniu lub natryśnięciu wody. Przenikalność nie może być jednakże zbyt duża, aby etykieta nie była usuwana podczas normalnych warunków występujących w otoczeniu. W związku z tym przenikalność wody została ściśle dobrana w celu uzyskania etykiety, która spełnia kryteria określone powyżej.

Współczynnik przenikalności wody jest określony jako ilość wody wsiąkniętej w etykietę, wyrażona jako ułamek ciężaru suchej etykiety w czasie 3 godzin zanurzenia przy temperaturze 20°C. Współczynnik ten może być określony metodą próby wchłaniania wody.

Jak podano powyżej, wielkość tego współczynnika powinna z jednej strony umożliwiać usuwanie etykiety z podłoża za pomocą wody bez uszkadzania tego podłoża, i jednocześnie zapewniać trwałość i dobry wygląd etykiety podczas normalnych warunków występujących na zewnątrz pomieszczenia.

W ogólności oznacza to, że dolną wartością graniczną współczynnika przenikalności wody jest 0,15; korzystnie 0,25 i najkorzystniej 0,50. Górna wartość graniczna tego współczynnika wynosi 2,50; korzystnie 1,35; najkorzystniej 1,00.

Zgodnie z korzystnym przykładem wykonania etykieta według wynalazku posiada zdolność wchłaniania wody 1,75 g wody/m² etykiety, typowo około 5 g/m². Wielkość wchłaniania wody jest miarą odporności etykiety na usunięcie w drodze nasiąkania. Sposób przeprowadzenia tej próby podano poniżej.

Przy wartości poniżej 75 g/m2 etykieta jest odporna na usunięcie w warunkach występujących na zewnątrz pomieszczeń, tzn. po nałożeniu na skrzynkę pozostawioną na deszczu etykieta nie ulegnie uszkodzeniu bądź usunięciu przynajmniej w zasadniczym stopniu.

Natomiast gdy wartość ta leży powyżej 1 g/m2, korzystnie większa od 2,5 g/ta², etykieta może być usunięta stosunkowo szybko w normalnej myjce do skrzynek.

Podobnie właściwości etykiety mogą być określone za pomocą ołówkowej próby zarysowania, która jest również szczegółowo opisana poniżej, dla etykiety suchej i mokrej. W ogólności wyniki próby ołówkowej wynoszące przynajmniej 1 N wskazują wystarczającą trwałość etykiety w warunkach otoczenia (w suchym stanie). Generalnie akceptowalne są wartości od 1 do 10 N, natomiast wartości niższe prowadzą do zbyt małej odporności na zadrapanie, a wartości powyżej 7 N wskazują na utrudnione usuwanie etykiety. Po zanurzeniu w wodzie twardość ołówkowa powinna zmaleć do 0,5 N w ciągu akceptowalnego czasu (10 minut, korzystnie 3 minuty, korzystniej 1 minuta).

Inną właściwością etykiety istotną dla określenia łatwości jej usunięcia z podłoża jest szybkość przepuszczania pary wodnej wyrażona w m2/24 h. Szybkość ta powinna być oczywiście większa od zera, ponieważ w przeciwnym razie para nie będzie przepuszczana (i prawdopodobnie nie wystąpi nasiąkanie wodą). Odpowiednie etykiety posiadają szybkość przepuszczania pary wodnej co najmniej 50. Górna szybkość graniczna wynosi około 750, natomiast typowa odpowiednia wartość wynosi 600 g/cm2/24 h.

Użyte tu określenie etykieta tuszowa zastosowano do określenia etykiety, która nie posiada papierowej lub plastikowej warstwy pokrycia, lecz zawiera warstwę obrazu w postaci tuszu, która jest bezpośrednio nakładana na powierzchnię. Dość często powierzchnia ta pozostaje przynajmniej częściowo widoczna poprzez warstwę obrazu. Etykieta tuszowa może być dogodnie nakładana na powierzchnię w drodze odciskania obrazu z zastosowaniem etykiety nadrukowanej rewersyjnie.

Etykieta stosowana zgodnie z obecnym wynalazkiem posiada obraz z tuszu bez warstwy powlekającej. Obraz z tuszu jest nałożony na powierzchnię skrzynki poprzez przyklejenie, a powierzchnia tego obrazu będzie zabezpieczona warstwą ochronną.

Obecny wynalazek stanowi wyraźne udoskonalenie dotychczasowych systemów, które bazowały na etykietach papierowych lub plastikowych. Dla usunięcia tych etykiet potrzebne było kosztowne wyposażenie wysokociśnieniowe, zwłaszcza w przypadku gdy etykiety miały być umieszczone na sąsiednich ścianach skrzynki. Usuwanie takich etykiet poprzez proste nasiąkanie, jak w obecnym wynalazku, było zupełnie niemożliwe. Ponadto resztki etykiet zatykały urządzenie do mycia skrzynek.

Obecny wynalazek daje również możliwość wykorzystania etykiety dla celów skanowania, przykładowo poprzez wprowadzenie kodu paskowego, który może być zastosowany do

186 633 identyfikacji odbiorcy, zawartości lub podawania innych informacji. Umożliwia to również producentowi zmniejszenie zapasu skrzynek, ponieważ nie ma obecnie potrzeby przechowywania zapasu skrzynek wszystkich rodzajów lub typów. Rozwiązanie według wynalazku umożliwia producentowi posiadanie tylko jednego typu skrzynek dla każdego rodzaju materiału, na przykład butelek, niezależnie od rodzaju tego materiału. Umożliwia to wydatne zmniejszenie zapasu skrzynek. Oczywiście zakres tego zmniejszenia mógłby być nawet większy, jeśli przemysł całego kraju, lub nawet kontynentu zdecydowałby się na zastosowanie tego systemu.

W takim przypadku wielu różnych producentów (zakładów napełniających) pojemników do napojów stosowałoby wspólne skrzynki, przy zachowaniu indywidualnej tożsamości rynkowej dzięki zastosowaniu obecnego wynalazku. Równocześnie mógłby być ulepszony przyjazny dla użytkownika i opłacalny ekonomicznie system wielorazowego wykorzystania. Taki system mógłby być wprowadzony na skalę państwową, lub nawet międzynarodową.

Zgodnie z korzystnym przykładem wykonania na wierzchu warstwy wizerunku występuje przezroczyste pokrycie ochronne. Pokrycie to zwiększa odporność etykiety na wpływy środowiskowe. Generalnie materiał pokrycia ochronnego jest kompatybilny z materiałem farbowym. Bardziej korzystnie, wszystkie materiały, klej, farba i pokrycie ochronne są przynajmniej częściowo oparte na polimerach akrylatowych. W celu dalszej poprawy trwałości etykiety korzystne jest, aby po nałożeniu etykiety i pokrycia ochronnego wykonać jeszcze co najmniej jedną operację. Dodatkowe operacje poprawiają scalenie materiałów poszczególnych warstw, prowadząc do zwiększenia trwałości bez jednakże pogorszenia zmywalności.

Poprzez staranny dobór składu etykiety, zastosowanie pokrycia ochronnego oraz dodatkowych operacji możliwe jest kontrolowanie właściwości etykiety, szczególnie dotyczących zachowania się skrzynki podczas mycia. Mianowicie możliwe jest opracowanie systemu w taki sposób, aby etykieta była usuwana podczas zwykłego mycia skrzynki. Oznacza to, że przy każdym zwrocie do rozlewni następuje usunięcie etykiety i może być nałożona etykieta nowa, ewentualnie inna. Oprócz tego etykieta może być na tyle trwała, że nie będzie usuwana lub uszkadzana podczas zwykłego mycia skrzynki, lecz tylko w przypadku zastosowania specyficznego, intensywnego zabiegu mycia. W ten sposób etykieta jest nietrwała, chociaż posiada wszystkie zalety trwałego wizerunku, na przykład sitodruku, bez jego wad, jak na przykład wysoki koszt w zakresie inwestycyjnym, energochłonność, brak elastyczności i ograniczona liczba kolorów.

Warstwa ochronna, jeśli jest stosowana, może być nałożona po przeniesieniu wizerunku na skrzynkę, na przykład za pomocą konwencjonalnego powleczenia rolkowego lub systemu natryskowego. Alternatywnie warstwa ochronna może być częścią materiału wizerunku, który jest nakładany.

Etykieta według obecnego wynalazku może być nakładana na powierzchnię podłoża metodą obejmującą w najszerszym zakresie:

- dostarczenie powierzchni, poruszającej się z równomierną szybkością,

- dostarczenie rewersyjnie zadrukowanej etykiety zgodnie z wynalazkiem, na podłożu zdzieralnym, zdzieralnej z tego podłoża,

- przeniesienie farby etykiety na polimerową powierzchnię.

Etykieta jest nakładana na polimerową powierzchnię, która korzystnie została przygotowana i ma ustabilizowaną temperaturę. Etykieta jest nakładana w drodze przeniesienia tuszu z podłoża foliowego za pomocą rolki lub poduszki dociskowej. Korzystnie stosowana jest ogrzana rolka dociskowa. Jak podano, klej może występować na etykiecie lub na polimerowej powierzchni. Klej powinien być aktywowany przed lub podczas nakładania. W zależności od rodzaju kleju sposób jego aktywacji będzie różny. Dla specjalisty będzie oczywiste, jaki klej należy zastosować. W przypadku kleju aktywowanego dociskowo docisk będzie wytwarzany podczas przenoszenia. W przypadku kleju aktywowanego cieplnie korzystne jest ogrzanie polimerowej powierzchni, ewentualnie w połączeniu z ogrzaniem układu przenoszenia, jak na przykład rolka.

W korzystnym przykładzie wykonania zastosowano klej aktywowany cieplnie w połączeniu z wstępnym ogrzaniem powierzchni polimerowej. Po wystąpieniu lepkości aktywowa6

186 633 nego cieplnie kleju nadrukowanego na farbę, farba jest oddzielana od folii podłoża i przywiera do powierzchni tworzywa.

Etykiety mogą być dostarczone w postaci rolki, z której wizerunki są przenoszone na podłoże, ewentualnie w połączeniu z zabiegiem cięcia. Możliwe jest również zastosowanie stosu oddzielnych etykiet, z użyciem odpowiedniego urządzenia nakładającego, jak na przykład urządzenie z zasobnikiem zasilającym.

W zależności od wymagań w zakresie obrazu korzystne może być zastosowanie powłoki ochronnej na obrazie. Powłoka ta może być nakładana jako część rewersyjnie drukowanej etykiety podczas przenoszenia wizerunku. W korzystnym przykładzie wykonania powłoka ochronna jest nakładana po przeniesieniu wizerunku, przykładowo w drodze zastosowania powleczenia rolkowego.

W tej sytuacji powierzchnia odciskana jest pokrywana cienką warstwą powłoki ochronnej, jak na przykład wosk akrylowy. Następnie wykonywane są operacje dodatkowe, korzystnie jedno lub więcej ogrzewanie. Podczas takiego ogrzewania materiały etykiety ulegają scaleniu bez związania i zakłada się, że trwałe wiązanie uzyskane w ten sposób powstaje w drodze wewnętrznej dyfuzji kleju i powierzchni tworzywa.

W przypadku gdy wizerunek powinien być bardziej trwały, przykładowo z przeznaczeniem do wielokrotnego użytku korzystne jest zastosowanie albo bardziej trwałego pokrycia, jak na przykład pokrycie uretanowe lub uretanowe z sieciowaniem, bądź przedłużonego, bardziej intensywnego ogrzewania.

Dobrze wiadomo, że materiały polimerowe, a zwłaszcza polietylen o dużej gęstości w szczególności są materiałami trudnymi do wytworzenia wiązań z klejem. Niniejszy wynalazek opisuje specyficzny sposób obróbki powierzchniowej dla zapewnienia wiązania, które jest szybkie i ekonomiczne.

Istotnym odkryciem opisanym w tym wynalazku jest scalenie materiału etykiety i pokrycia powierzchniowego poprzez ogrzanie etykietowanego obszaru do bardzo wysokich temperatur przez klika sekund, dla zwiększenia trwałości i odporności na wilgoć. Proces ten zmienia skład etykiety z szeregu złożonych warstw łatwo dysocjujących przy zanurzeniu w wodzie przez co najmniej dwie godziny do scalonej matrycy kleju etykiety, tuszu etykiety i zewnętrznej powłoki. Podczas ogrzewania występuje wewnętrzna dyfuzja materiału klejowego z powierzchnią tworzywa. Równoczesne scalenie i wewnętrzna dyfuzja w tym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku pozwalają uzyskać bardzo trwałą matrycę etykiety. Odporność na zanurzenie w wodzie może być regulowana od kilku godzin do wielu tygodni w drodze zmiany czasu ekspozycji i uzyskiwanej temperatury.

Należy zauważyć, że odporność na zanurzenie nie obrabianej etykiety według tego wynalazku może być wystarczająca i etykieta nigdy nie utraci swego wiązania z polimerową powierzchnią. Wiązanie ulega jedynie osłabieniu; wyschnięcie przywraca siłę wiązania do wartości początkowej.

Po uzyskaniu żądanej trwałości etykiety konieczne jest również usunięcie tej etykiety po spełnieniu jej przeznaczenia, tj. identyfikacji zawartości pojemnika przed konsumpcją. Puste pojemniki plastikowe i butelki do napojów są zwracane do rozlewni w celu ponownego napełnienia. Plastykowe skrzynki są myte. Podczas mycia etykieta musi zostać całkowicie usunięta, albo musi pozostać na powierzchni nieuszkodzona, w zależności od sytuacji (jednokrotny lub wielokrotny cykl zwrotny).

W tym pierwszym przypadku ogrzewany klej zastosowany do łączenia matrycy wizerunku, choć wykazuje trwałość w wodzie, ulega rozkładowi w roztworze myjącym, korzystnie gorącym roztworze kaustycznym, umożliwiając całkowite usunięcie etykiety i kleju. Pozostałości etykiety są oddzielane od roztworu kaustycznego w drodze filtrowania. W drugim z wymienionych powyżej przypadku etykieta jest usuwana tylko w zmienionych warunkach mycia, przykładowo w drodze zastosowania przedłużonego nasiąkania i lub mocniejszego roztworu kaustycznego, ewentualnie w połączeniu z wysokociśnieniowymi natryskami (powietrze lub gaz).

Alternatywne sposoby usuwania obrazu (bez uszkadzania podłoża polimerowego) obejmują usuwanie chemiczne (rozpuszczalniki), zastosowanie ultradźwięków, niskich tem186 633 peratur, ogrzewania, szczotkowania, stosowania enzymów, podciśnienia, łuszczenia i promieniowania, jak na przykład promieniowanie ultrafioletowe. Możliwe są oczywiście połączenia różnych sposobów.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku na którym fig. 1 przedstawia etykietą według wynalazku, fig. 2 - schemat urządzenia do podgrzewanie powierzchni i stabilizacji temperatury, fig. 3 - ilustruje sposób nakładanie etykiety i odciśnięcie farby, fig. 4 - sposób nakładanie pokrycia, fig. 5 - stanowisko obróbki płomieniem, fig. 6 - schematycznie sposób nakładania obrazu zgodnie z obecnym wynalazkiem na zwrotną skrzynkę, fig. 7 - przedstawia schematycznie myjkę do usuwania warstwy etykiety według wynalazku, z pojemnika, zwłaszcza ze skrzynki plastikowej, fig. 8 - przekrój myjki wzdłuż linii III-III oznaczonych na fig. 7.

Na fig. 1 przedstawiono plastikowy pojemnik 1 i etykietę ustawioną w pozycji do nałożenia na niego. Etykieta jest nadrukowana na foliowe podłoże 10, którym może być dowolna cienka folia, a w opisywanym przypadku jest to polipropylen o grubości 0.002. Kolejna warstwa jest warstwą ochronną 14 stanowiąca akrylową powłokę, której zastosowanie zależy od typu źródła dostępnej folii. Odnośnikiem 12 oznaczono warstwę zdzieralną, pokrywającą folię. W przypadku wynalazku jest to silikon nakładany podczas wytwarzania folii. Odnośnikiem 20 oznaczono drukowaną warstwę tuszu. W zależności od wymagań w zakresie grafiki etykiety i nie-przezroczystości w co najmniej jednej warstwie można zastosować do pięciu różnych kolorów, przy czym warstwy mogą wzajemnie na siebie zachodzić. Odnośnikami 30 i 40 oznaczono dwie warstwy przylepne na przykład w postaci warstwy kleju, dla zaznaczenia nawarstwienia kleju od 0,227 kg do 0,681 kg ( 0,5 do 1,5 funta) na ryzę, w zależności od jednorodności etykietowanej powierzchni i sztywności znakowanego pojemnika.

Dobór kleju zastosowanego do przyklejenia wizerunku etykiety do powierzchni skrzynki będzie przynajmniej częściowo uzależniony od przewidzianej trwałości etykiety, jednokrotnego lub wielokrotnego zastosowania. Oczywiście klej musi być usuwalny podczas mycia skrzynki. Klej musi być aktywowany przed lub podczas nakładania etykiety na skrzynkę. Łatwym i generalnie korzystnym sposobem nakładania wizerunku klejów jest zastosowanie klejów aktywowanych na gorąco, które zostały nałożone na wizerunek w postaci rewersyjnie drukowanej etykiety. W innym sposobie klej może być aktywowany poprzez promieniowanie, oddziaływanie chemiczne, zastosowanie wiązki elektronowej, mikrofalowej, nadfioletowej itd. Możliwe jest również zastosowanie klejów aktywowanych w drodze fotoinicjacji, z wykorzystaniem wilgotności, oddziaływania enzymatycznego, nacisku lub ultradźwięków.

Korzystne jest zastosowanie klejów aktywowanych cieplnie lub poprzez nacisk. Dotyczy to również klejów wymagających utrzymania nacisku, choć mogą mieć one pewną kleistość bez nacisku. Korzystne kleje aktywowane na gorąco będą posiadać początkową temperaturę przylepności nie wyższą niż 90°C, korzystnie leżącą w zakresie od 70 do 87,5°C.

Klej jest korzystnie nakładany na tylną stronę wizerunku przed umieszczeniem go na powierzchni skrzynki. Możliwe jest także nałożenie kleju na skrzynkę przed przeniesieniem wizerunku. Inną możliwością jest zastosowanie farb wizerunku zawierających w sobie klej.

Podczas nakładania etykiety następuje przeniesienie całego drukowanego obrazu z foliowego podłoża pokrytego zdzieralnym silikonem. Materiałem typograficznym jest tu żywica na bazie uretanowej, winylowej lub akrylowej, zabarwiona pigmentami odpornymi na temperaturę i promieniowanie nadfioletowe. W przypadku tuszu białego dobranym pigmentem jest dwutlenek tytanu. Rozmiar cząstek pigmentu leży w zakresie od 3 do 5 pm. Nadruk klejowy jest materiałem organicznym na bazie wodnej, o początkowej temperaturze kleistości 85°C. Początkowa temperatura kleistości jest bardzo istotna dla procesu etykietowania sztucznego tworzywa, ponieważ określa potrzebną temperaturę powierzchni tworzywa podczas przenoszenia. W przypadku znakowania konkretnego pojemnika plastikowego nie występuje podparcie powierzchni wewnętrznej, w związku z czym pożądane jest utrzymanie temperatury tworzywa poniżej 93 °C dla uniknięcia odkształcenia powierzchni w wyniku osiągnięcia temperatury odkształcenia podczas nanoszenia etykiety.

186 633

Sposób nakładania etykiety będzie obecnie opisany na podstawie fig. 6, i jest opracowanym obecnie najlepszym sposobem nakładania według wynalazku, zgodnie z którym fig. 2-5 przedstawiają różne zabiegi tego procesu w sposób bardziej szczegółowy.

Na fig. 6 przedstawiono schematycznie proces nakładania nanoszonej warstwy przenoszonej etykiety zgodnie z wynalazkiem na zwrotną, skrzynkę 59.

Proces nakładania będzie obecnie opisany w kolejności postępowania według tej figury. Stanowisko 60 przedstawia zabieg obróbki powierzchniowej i stabilizacji temperaturowej w drodze wstępnego ogrzewania płomieniem palnika 60'. Aby wystąpiła adhezja dwóch materiałów polimerowych musi być spełnione wiele czynników, jak na przykład zachowanie czystości, docisk, temperatura, czas styku, gładkość powierzchni, ruch podczas wiązania i grubość warstwy kleju. Dodatkowo istotnym czynnikiem jest krytyczne naprężenie powierzchni. Powszechnie przyjętym sposobem pomiaru krytycznego naprężenia powierzchni jest pomiar dynamometryczny, który jest dobrze znany. Dla większości nakładanych klejów krytyczne naprężenie powierzchni polietylenu wynosi 31 dyn/cm. Przeprowadzono szereg prób, które wykazały najlepszą przyczepność opisanego kleju do powierzchni polietylenowej przy niezbędnym naprężeniu 60 do 70 dyn/cm. Ponadto testowanie oferowanego na rynku wyposażenia wykazało, że obróbka płomieniowa umożliwiła zoptymalizowanie kosztów inwestycyjnych, kosztu eksploatacji oraz czasu potrzebnego dla osiągnięcia żądanej krytycznej obróbki powierzchniowej.

Aby klej szybko uzyskał i zachował kleistość konieczne jest ogrzanie polietylenowej skrzynki 59 na stanowisku 61 przed zetknięciem z nią kleju etykiety. Aby uniknąć odkształceń pojemnika pożądane jest ogrzewanie powierzchni nie wyżej niż do 93°C. Ponieważ temperatura powierzchni po opuszczeniu stanowiska grzejnika płomieniowego wynosi około 52°C na stanowisku 61 powierzchnię należy ogrzać o około 24°C. Przeprowadzono próby z zastosowaniem gorącego powietrza, dodatkowych grzejników płomieniowych, gazowo ogrzewanych płyt emitujących promieniowanie podczerwone oraz elektrycznych płyt ceramicznych, które okazały się albo zbyt powolne albo kłopotliwe w zakresie regulacji. Ustalono, że elektrycznie ogrzewana płaska kwarcowa płyta emiterowa 61' ze strefowym sterowaniem pasma dla umiejscowionego nanoszenia etykiety może zapewnić maksymalny przekaz energii promieniowania podczerwonego bez wpływu czynników środowiskowych z otoczenia. Przy współczynniku emisyjności 0,9 dla polietylenu żądana temperatura płyty emiterowej od 900°C do 940°C powoduje emisję najskuteczniejszej długości fali (2,5 do 3,2 pm) energii promieniowania podczerwonego dla uzyskania maksymalnej absorbcji. Moc testowanego urządzenia wynosiła 60 W/6,452 cm². Czas potrzebny do ogrzania powierzchni etylenu o wymagane 24°C wynosił 4,5 sekundy przy odległości 2,5 cm od płyty emitera.

Na stanowisku 62 zilustrowano sposób nakładania etykiety, gdzie nadrukowane materiały typograficzne są przenoszone z podłoża folii polipropylenowej na powierzchnię polietylenową z wykorzystaniem charakterystyki kleistości aktywowanego na gorąco kleju dla pokonania wiązania warstwy przenoszącej z koronowo traktowanym pokryciem silikonowym. Czynnikami wpływającymi na przeniesienie jest czas zetknięcia, temperatura podczas zetknięcia, wywierany nacisk oraz naprężenie folii podczas zetknięcia a zwłaszcza naprężenie folii po uwolnieniu farby. Średnica wałka dociskowego 63 również wywiera wpływ, lecz nie stanowi zmiennej. W tym zastosowaniu wałek dociskowy miał średnicę 38 mm. Wałek 63 wykonano z gumy silikonowej nałożonej na stalowy rdzeń, przy czym twardość gumy leżała w zakresie od 50 Shore A do 80 Shore A. Należy zauważyć, że odkształcenie (spłaszczenie) gumowego wałka jest mniejsze przy wyższej twardości, w związku z czym powierzchnia styku jest mniejsza i nacisk nakładania jest większy. Jest to istotne przy większych szybkościach linii, gdzie występuje minimalny czas zetknięcia. A zatem skrzynka poruszająca się z szybkością 18,3 m/min na wałku o średnicy 38 mm uzyska czas zetknięcia 1 ms na 1 stopień obrotu wałka gdy nie występuje odkształcenie wałka.

Docisk wałka jest wywierany poprzez siłownik pneumatyczny 64, uruchamiany konwencjonalnym zaworem elektromagnetycznym, który z kolei jest uruchamiany dwoma wyłącznikami zbliżeniowymi, jednym przysuwającym wałek i drugim odsuwającym go. Inne środki, jak na przykład połączenie mechaniczne są oczywiste i nie będą tu opisywane. Nacisk

186 633 rozkłada się na długości cylindra a dla tej konkretnej farby pożądane są zakresy nacisku dla nakładania od 12 do 17 kG/cm długości rolki. W wyniku przesuwania folii dokładnie z tą samą szybkością, z jaką przemieszcza się skrzynka względem wałka wynalazek dzięki zastosowaniu kleju aktywowanego na gorąco umożliwia przyklejanie do powierzchni skrzynki w wysokiej udamości. Swobodnie obracający się wałek dociskowy utrzymuje tę samą szybkość styczną jak szybkość liniowa folii i skrzynki. Dzięki temu farba jest przenoszona całkowicie i bez odkształceń.

Dla szybkiego i pełnego przyklejenia wałek dociskowy 63 zaformowano na wydrążonym rdzeniu. Wewnątrz wydrążonego rdzenia umieszczony jest grzejnik oporowy sterowany przez regulator. Element grzewczy o mocy 500 W będzie utrzymywał każdą ustaloną temperaturę na powierzchni wałka. Dla celów wynalazku temperatura powierzchni wałka leży w zakresie od 120°C do 190°C.

Nadrukowywane podłoże może być wykonane z wielu różnych folii polimerowych pokrytych silikonem. Folie o wysokiej odporności temperaturowej, jak na przykład folie poliestrowe, mogą pracować w ciągłym zetknięciu z ogrzewanym wałkiem. W przypadku folii o małej odporności temperaturowej, jak na przykład folie polipropylenowe, wymagane jest zapobieżenie stykaniu się z ogrzewanym wałkiem podczas przerw w nakładaniu etykiety. Aby to uzyskać zastosowano prowadnice folii 65 podtrzymujące folię po wycofaniu wałka. Zamontowanie prowadnic 65 umożliwia utrzymanie odstępu około 13 mm pomiędzy prowadnicami i etykietowaną powierzchnią. Równocześnie wałek jest wycofywany około 13 mm poza folię. Dzięki zachowaniu tych odstępów uniknięto odkształcania i rozciągania folii, na przykład folii propylenowej. W przypadku folii odpornych na wysokie temperatury prowadnice nie są wymagane.

Ustalono również, że dla pełnego przeniesienia tuszu istotne znaczenie ma naprężenie folii, zwłaszcza na opuszczającej wałek stronie folii. W wyniku prób ustalono przydatność ciągłego naprężenia około 2,5 kG. Uzyskano to poprzez zastosowanie obciążonego sprężyną, podatnego ramienia z rolką.

Napęd folii do nałożenia kolejnej etykiety i dokładne jej ustalenie uzyskano poprzez zastosowanie silnika krokowego i wałków chwytowych oraz nadrukowanego znacznika wyzwalającego optyczne urządzenie skanujące.

Zabezpieczenie tuszu przed zadrapaniem podczas sporadycznego przenoszenia, a także uzyskanie odporności na wpływy atmosferyczne podczas składowania na zewnątrz pomieszczeń uzyskano poprzez nałożenie akrylowej emulsji na bazie wosku, przeprowadzone na stanowisku 66. Nakładanie odbywa się na aplikatorze rolkowym 68, który jest zasilany przez mokrą rolkę o regulowanej wielkości pokrycia. Do regulacji służy tu listwa zgarniająca. Pokrycie znacznie wystaje poza krawędzie wizerunku farbowego i uszczelnia te krawędzie, zapobiegając przedostawaniu się wilgoci.

Ostatnią operacją procesu jest scalenie warstw pokrycia, tuszu etykiety i kleju, wykonywane na stanowisku 67 za pomocą grzejnika płomieniowego 61', a przy tym wprowadzenie dyfuzji warstwy kleju z podłożem polietylenowym utworzonym przez skrzynkę 59. Obecny wynalazek powstał w wyniku przeprowadzenia rozległych prób wielu systemów ogrzewających. Podobnie do odkrycia, że obróbka płomieniowa jest najlepszą technologią mogącą zapewnić żądaną energię powierzchniową dla adhezji cieplnej, odkryto także, że obróbka płomieniowa etykiety i kompozytu powłoki była najlepszą technologią umożliwiającą uzyskanie żądanej trwałości przy zanurzeniu w wodzie, bez pogorszenia właściwości mechanicznych lub zmiany charakterystyki wyglądu nałożonej etykiety, bądź odkształcenia polipropylenowej skrzynki 59.

Na fig. 2 pokazano obróbkę powierzchni i stabilizację temperaturową.

Na fig. 3 pokazano sposób nakładania etykiety, zgodnie z którym nadrukowane materiały typograficzne są przenoszone z podłoża folii polipropylenowej na polietylenową powierzchnię z wykorzystaniem charakterystyki kleistości kleju aktywowanego na gorąco dla pokonania wiązania warstwy ochronnej 14 do koronowo ogrzewanego pokrycia silikonowego.

186 633

Zabezpieczanie tuszu przed zadrapaniem podczas sporadycznego przenoszenia i również zapewnienie odporności na wpływy atmosferyczne przy składowaniu na zewnątrz pomieszczeń uzyskano w systemie przedstawionym na fig. 4.

Ostatnią operacją procesu jest zestalenie warstw pokrycia, tuszu etykiety i kleju i również wprowadzenie wewnętrznej dyfuzji warstwy kleju z podłożem polietylenowym, jak pokazano na fig. 5.

Na fig. 7 schematycznie przedstawiono myjkę skrzynek przeznaczoną do usuwania naniesionych warstw według obecnego wynalazku ze skrzynek 12 wprowadzonych do myjki 11 na przenośniku transportowym 11. Skrzynki 12 są najpierw wprowadzane pod natryski do wejścia 13 i natryskiwane wstępnym roztworem doprowadzanym do licznych dysz 14 umieszczonych powyżej i poniżej przenośnika transportowego 11. Szybkość przenośnika 11 jest tak dobrana, że czas przebywania skrzynki 12 na stanowisku natrysków wejściowych wynosi od 6 do 8 sekund. Temperatura roztworu wstępnego natrysku wynosi 60°C. Roztwór ten korzystnie zawiera 0,5% NaOH.

Po przejściu przez stanowisko natrysków na wejściu 13 skrzynki są przenoszone poprzez stanowisko nasiąkania 15 na opadającej w dół sekcji 16 przenośnika 11. Czas przebywania skrzynki na stanowisku nasiąkania wynosi od 40 do 110 sekund. Skrzynki są tu całkowicie zanurzane w roztworze do nasiąkania cyrkulującym poprzez dysze 35 w celu wywołania turbulentnych warunków nasiąkania. Turbulentne nasiąkanie może przykładowo obejmować cyrkulację płynu ze stanowiska 15 poprzez dyszę 35 z natężeniem przepływu wynoszącym 60 m³/h, przy całkowitej objętości roztworu do nasiąkania wynoszącej 5 m . Istotne jest całkowite usunięcie etykiety ze skrzynek 12 na stanowisku 15, bez pozostawiania fragmentów na skrzynkach. Takie pozostającej fragmenty mogłyby po wysuszeniu mocno przywierać do skrzynek, tworząc niepożądane zanieczyszczenie powierzchni skrzynki.

Ze stanowiska nasiąkania 15 skrzynki są transportowane na sekcji wznoszącej przenośnika 17 do stanowiska natrysku na wyjściu 18. Roztwór natryskiwany na wyjściu może obejmować wodę o temperaturze 30°C. Czas przebywania skrzynek na stanowisku natrysku wyjściowego 18 wynosi od 6 do 13 sekund.

Do każdego ze stanowisk natryskowych 13, 18 oraz do stanowiska nasiąkania 15 dołączono sekcje filtrujące 20, 21 i 22. Każda z sekcji filtrujących zawiera obrotowe taśmowe sito 23, 24, 25 napędzane silnikami elektrycznymi 26, 27, 28. Roztwór płuczący i roztwór do nasiąkania jest podawany przez pompy 29, 30 i 31 każdego odnośnego stanowiska poprzez obracające się taśmowe sita 23, 24, 25 z przykładowo 60 m3/h. Przefiltrowane ciecze są zawracane poprzez dysze 14 i 19 w przypadku natrysku wejściowego i wyjściowego 13, 18 oraz stanowiska nasiąkania 15.

Na fig. 8 przedstawiono przekrój poprowadzony wzdłuż linii III-III według fig. 7. Taśmowe sito 24 jest obracane wokół dwóch wałów 37, 138. Górny koniec każdego sita taśmowego 24 wystaje ponad poziom cieczy do nasiąkania na każdym stanowisku nasiąkania 15. Taśmowe sito 24 składa się z dwuwarstwowego elementu filtrującego o gęstości oczka 2 mm. Istotne jest, aby podczas pracy taśmowe sito obracało się w sposób ciągły dla zapobieżenia rozdrabnianiu się skrawków etykiet na stanowisku do nasiąkania 15, zapobiegając zatykaniu taśmowego sita. Powierzchnia taśmowych sit jest oczyszczana przez wysokociśnieniowe dysze natryskowe 39 lub nadmuch sprężonego powietrza. Usunięte skrawki etykiet są gromadzone w zasobniku odpadów 40.

Ustalono, że bardzo wydajne usuwanie etykiet ze skrzynek 12 uzyskuje się poprzez zastosowanie 0,1 do 5% roztworu NaOH, a korzystnie 0,5% w natryskach wejściowych 13 i w stanowisku nasiąkania 15. Możliwe jest także nakładanie tego materiału do obróbki wstępnej na etykiety przed ich wprowadzeniem do myjki skrzynek 10, co spowoduje zmiękczenie etykiet przed wprowadzeniem do myjki skrzynek. Przykładowo skrzynki 12 podawane do myjki 10 mogą być natryskiwane środkiem powierzchniowo czynnym. Możliwe jest również nakładanie materiału w podobnego do żelu, który zainicjuje oddziaływanie na etykiety przed ich wprowadzeniem do myjki 10. W takim przypadku może być możliwe zastosowanie w myjce 10 wody zamiast roztworu alkalicznego.

186 633

Korzystne jest, aby właściwości etykiety i warunki występujące w myjce skrzynek były takie, aby etykieta rozpadała się na co najmniej cztery części, które mogą być oddzielone od wody w myjce skrzynek, przy czasie nasiąkania nie dłuższym niż 20 minut, korzystnie w ciągu 10 sekund.

Dla zilustrowania różnych właściwości, które wpływają na przywieranie i zmywalność korzystnej warstwy do odciskania zgodnie z obecnym wynalazkiem przeprowadzono następujące próby obejmujące próbę mycia, ołówkową próbę zarysowania, próbę wchłaniania próbę wydzielania wody oraz próbę szybkości przepuszczania pary wodnej, jak opisano poniżej.

Próba mycia

W celu określenia optymalnych warunków mycia dla etykiet według tego wynalazku etykieta 50 została nałożona na polietylenową skrzynkę. Etykieta miała wymiary 10x10 cm, a warstwą przyczepną 54 był 100% klej uretanowy o temperaturze przylepności 79°C. Etykiety nakładano na skrzynkę przy temperaturze wałka 63 na fig. 6 wynoszącej 155°C przy nacisku wałka wynoszącym 2,5 bar. Temperatura wstępnego ogrzania skrzynki (na stanowiskach 60 i 61 według fig. 6) wynosiła 75°C. Szybkość skrzynek 59 przechodzących poprzez aplikator etykiet wynosiła 40 skrzynek/minutę. W celu określenia temperatury obróbki końcowej, do jakiej skrzynki były nagrzewane na stanowisku 67 na fig. 6 po nałożeniu etykiety wprowadzono temperatury końcowe 40°C, 60°C i 90°C. Po nałożeniu etykiety skrzynki przetrzymywano przez co najmniej 24 godziny w temperaturze 20°C. Skrzynki z nałożonymi etykietami zostały następnie zanurzone w celu nasiąkania w 0,5% roztworze NaOH o temperaturach 20°C, 50°C i 70°C.

Nasiąkanie skrzynek przeprowadzono w 20 litrowym zbiorniku do nasiąkania bez turbulencji, przez taki czas nasiąkania (10-50 sekund) że po umieszczeniu nasiąkniętej skrzynki pod natryskiem o natężeniu przepływu 6 l/min etykieta została całkowicie usunięta w ciągu sekund.

Przygotowano drugi zestaw skrzynek, dla których po nałożeniu etykiety nałożono warstwę wosku, jak na stanowisku 66 według fig. 6.

Wyniki w postaci czasów nasiąkania potrzebnych dla usunięcia etykiety w ciągu 2 sekund w zależności od współczynnika przepuszczalności wody i temperatury wstępnego nagrzewania podano w tabelach I i II. Jak wynika z tabeli I dla etykiet bez warstwy wosku występuje gwałtowne skrócenie czasu nasiąkania w temperaturach roztworu do nasiąkania powyżej 20°C. Dla temperatur dodatkowej obróbki cieplnej wynoszących 90°C wzrasta trwałość etykiety a czas nasiąkania pozostaje powyżej 5 sekund.

Tabela I

Próba mycia skrzynki (bez nałożonej warstwy wosku)

			0,5% roztwór kaustyczny
T	Dodatkowe ogrzewanie	wpc	Czas	Czas	Czas	Średnia
[°C]	[°C]	[°C]	[s]	[s]	W	[s]
1	2	3	4	5	6	7
20	nie wyst.	-	90	120		105
	40	-	180	150		165
	65	-	210	240		225
	90	-	480	420		450
50	nie wyst.	-	2	2	2	2

186 633

cd. tabeli I
1	2	3	4	5	6	7
	40	-	3	3	3	3
	65	-	3	3	4	3,4
	90	-	15	14	13	14
70	nie wyst.	-	1	1	1	1
	40	-	1	1	1	1
	65	-	1	1	1	1
	90	-	6	6	7	6,3

Ustalono, że optymalna temperatura dodatkowej obróbki cieplnej wynosiła 65°C i 90°C. W temperaturach dodatkowej obróbki poniżej 65°C uzyskano zbyt słabe scalenie nałożonej warstwy do odciskania, w związku z czym nałożone warstwy odciskane posiadały niewystarczającą trwałość, i mogłyby ulegać zbyt łatwemu usunięciu podczas składowania i użytkowania. W temperaturach dodatkowej obróbki ponad 90°C trwałość warstwy do odciskania stawała się zbyt duża, i nie można byłoby uzyskać szybkich czasów usuwania w ekonomicznie wykonalny sposób. Podczas natryskiwania zauważono, że po nasiąkaniu następowało odłączanie etykiet od skrzynek i rozrywanie na kilka części (dwie do czterech).

Gdy po płomieniowym podgrzaniu w zabiegu na stanowisku 67 według fig. 6 została nałożona warstwa wosku na stanowisku 66, zmniejszył się współczynnik przepuszczalności wody, a trwałość etykiet uległa poprawie, zwiększyły się również czasy nasiąkania. Jak wynika z tabeli II dla 0,5% roztworu kaustycznego pokrycie woskowe prowadzi do wystąpienia dłuższych czasów nasiąkania.

Tabela II

Próba mycia skrzynek (z nałożoną warstwą woskową)

			0,5% roztwór kaustyczny
T	Dodatkowe ogrzewanie	wpc	Czas	Czas	Czas	Średnia
[°C]	[°C]	[°C]	W	[s]	W	[s]
1	2	3	4	5	6	7
20	nie wyst.	-	150	150		150
	40	-	180	180		180
	65	0,7	300	270		285
	90	-	<600			600
50	nie wyst.	-	4	4	5	4,3
	40	-	6	6	6	6
	65	0,7	7	7	8	37,3
	90	-	13	14	16	14,3
70	nie wyst.	-	2	2	3	2,3
	40	-	2	2	2	2
	65	0,7	2	2	2	2
	90	-	6	6	7	6,3

186 633

Ustalono, że w próbie usunięcia etykiet jakie były testowane w opisanej powyżej próbie mycia wyłącznie poprzez natrysk wody o temperaturze 20°C pod wysokim ciśnieniem 120 barów i szybkości przenośnika 15 m/min oraz kącie natrysku 90° z odległości 10 cm nie uzyskano usunięcia etykiet. Nawet dla etykiet bez pokrycia woskowego i dodatkowego podgrzewania nie mogło nastąpić oddzielenie za pomocą strumieni wody pod wysokim ciśnieniem.

Ołówkowa próba zarysowania

Celem ołówkowej próby zarysowania jest określenie minimalnej i maksymalnej trwałości etykiety, jaka może być uzyskana przy zastosowaniu różnych środków, jak na przykład wprowadzenie warstwy pokrycia woskowego i obróbki cieplnej w celu wywołania zestalenia warstw etykiety. Testowaniu poddano skrzynki z etykietami nałożonymi w różnych temperaturach dodatkowego podgrzewania, z pokryciem woskowym i bez.

Były to te same etykiety, jakie zastosowano w próbie mycia opisanej powyżej i były nałożone na skrzynki w tych samych warunkach.

Ołówkowe próby zarysowania przeprowadzono z zastosowaniem probierczego zestawu do badania odporności na zarysowanie, Model 435, dostarczanego przez zakłady Erichsen (PO Box 720, D-5870 Hemer Germany).

Podczas tej próby dla zarysowania etykiety zastosowano ołówek z plastikowym wkładem ustawiony pod poziomym kątem 90° w środkowej części etykiety.

Po nałożeniu etykiety skrzynki składowano przez co najmniej 24 godziny w temperaturze 20°C. Przed przystąpieniem do zarysowania skrzynki poddano nasiąkaniu bez turbulencji w wodzie o temperaturze 20°C. Wyniki próby zarysowania podano w tabelach III i IV. Wyniki próby wyrażono w Newtonach.

Tabela III

Ołówkowa próba zarysowania (Newtony) Etykieta bez powłoki woskowej

Dodatkowa obróbka cieplna [°C]	wpc	Czas nasiąkania (min)
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
			0	0,5	1	1,5	2	2,5	3	3,5
brak	-		1	0,4	0,2	0,1
			1	0,3	0,2	0,1
40	-		1,3	0,9	0,2	0,1
			1,1	0,7	0,2	0,1
65	-		1,1	0,7	0,2	0,1
			1	0,5	0,1	0,1
90	-		1,5	1,2	0,8	0,6	0,6	0,4	0,2	0,1
			1,1	1	0,8	0,6	0,5	0,3	0,2	0,1

186 633 σ3 <υ

Λ

Η

Czas nasiąkania [minuty]

o

ci <o

CM^ θ'

OS

ci ©

CM, θ'

00

ci θ'

CM O

c-

ci θ'

CM θ'

ko

Tt θ'

Cl θ'

v“>

•'t O

ci θ'

Tt ©

ci ©

m

θ'

©

©

θ'

1 9‘°

VI θ'

«1 ci

1 0,2 1

1 0,2

θ'

CM O

CM ©

O

O θ'

r~ ©*

CM

CS θ'

Tt θ'

cs O

•'t θ'

ci o

CM θ'

0,7 |

0,8

©

r- cT

tt θ'

kO θ'

in ©

VI θ'

ci

•Zł

-

•zs

Cl

Tt

CM

ci

VI CM

ί 2,8 1

©

cs

ci

00^ ci

Cl

ι/γ ci

os, CM

Tf

-

o

<zs

</i

i/S

»/S

•Zł

vi

</1

«η

Obróbka dodat- kowa

O o

| brak

O Tt

</1 MD

O OS

186 633

Na podstawie tabel III i IV można zauważyć, że dodatkowe podgrzewanie płomieniowe nie wywiera wyraźnego wpływu na odporność etykiety na zarysowanie. Według tabeli IV wynika, że nałożenie warstwy wosku pokrywającej etykietę zmniejsza współczynnik przenikalności wody i wyraźnie poprawia odporność suchej etykiety na zarysowanie. Ustalono, że dla wysokich temperatur dodatkowego ogrzewania płomieniowego wynoszących 110°C w połączeniu z pokryciem woskowym uzyskano siłę zarysowania 8 N. Etykiety o twardości ołówkowej 8 N uznano za połowicznie trwałym, których nie można było usunąć w ekonomicznie wykonalny sposób.

Przy temperaturach dodatkowego ogrzewania powyżej 90°C wystąpiły również problemy podczas nakładania etykiet ponieważ w tych temperaturach polietylenowe skrzynki stają się kruche po kilku nałożeniach, a pigmenty skrzynki ulegają odbarwieniu oraz występują deformacje zmiękczonych skrzynek na przenośniku i palecie.

Przy temperaturze dodatkowego ogrzewania poniżej 65°C wytrzymałość etykiet okazała się niewystarczająca przy braku pokrycia woskowego. Przy braku pokrycia woskowego docelowa twardość ołówkowa w suchym stanie etykiety powinna wynosić około 1,2 N a czas nasiąkania do momentu obniżenia siły zarysowania poniżej 3 N powinien wynosić poniżej 3 minut. W przypadku etykiety z pokryciem woskowym docelowa siła zarysowania powinna wynosić około 5 N w stanie suchym etykiety a czas nasiąkania do momentu spadku siły zarysowania poniżej 0,3 N powinien wynosić 10 minut. Warstwy do odciskania posiadające powyższe właściwości uznano za optymalne połączenie trwałości i zmywalności.

Próba szybkości wchłaniania wody

Etykiety według obecnego wynalazku mogą być łatwo usunięte z pojemnika, zwłaszcza z plastikowej skrzynki, dzięki właściwej im przenikalności wody umożliwiającej penetrację roztworu do nasiąkania poprzez etykietę i w rezultacie rozerwanie etykiety na kawałki oraz odłączenie jej od pojemnika. Ustalono, że korzystne etykiety mają współczynnik przenikalności wody około 0,5 odpowiadający absorpcji około 5 g/m² poprzez godzinę w próbie wchłaniania wody, jak opisano poniżej. Etykiety według wynalazku mają wartość wchłaniania wody powyżej 0, korzystnie powyżej 1 i mniej niż 100, korzystnie mniej niż 75 g/m2 po 24 godzinach. Wydzielanie wody dla korzystnej etykiety wynosiło 4,5 g/m² w ciągu 30 minut w próbie wydzielania wody opisanej poniżej. Korzystne etykiety według wynalazku będą posiadać zdolność wydzielania wody większą niż 0 i mniejszą niż 100 g/m² w ciągu godziny.

Przygotowano dwie próbki, każda z próbek zawierała dwie etykiety o grubości 12,7 pm w temperaturze 22,4°C i wilgotności względnej 48%, powierzchnia każdej próbki wynosiła 85,8 cm2. Dla każdej z próbek dwie etykiety nałożono na pojedynczą szybkę z przezroczystego szkła o wymiarach 7.62 cm x 22.86 cm x 0,58 cm. Z powodu bardzo małego ciężaru etykiet konieczne było nałożenie dwóch etykiet na szybkę dla uzyskania ciężaru dającego wyniki w zakresie dwóch miejsc dziesiętnych na elektronicznej wadze laboratoryjnej.

Próbki przygotowano w następujący sposób: podłoża szklane po dokładnym umyciu umieszczono w piecu do uzyskania temperatury około 130°C na powierzchni szkła. Próbki wyjęto z pieca i ułożono na macie z gumy silikonowej i bezpośrednio nałożono na szkło etykietę, którą przytwierdzono do powierzchni stosując silikonową rolkę. Nacisk rolki wywierano w sposób ciągły na pełnej długości etykiety do czasu usunięcia wszystkich pęcherzyków powietrza (około 5 do 6 ruchów w obie strony). Po ostygnięciu szkła usunięto folię nośnika. Następnie nałożono etykietę na przeciwną stronę szkła w wyniku ogrzania czystej płytki aluminiowej (nieco większej od płytki szklanej) do około 131°C w piecu konwekcyjnym, po czym na płytce aluminiowej ułożono płytkę szklaną (powierzchnia etykiety zwrócona ku dołowi) z pozostawieniem do ogrzania górnej powierzchni szkła. Nałożono etykietę i przytwierdzono za pomocą silikonowej rolki, jak opisano powyżej. I w tym przypadku po ostygnięciu szkła usunięto warstwę nośnika. Następnie na powierzchnię obu etykiet nałożono pokrycie woskowe o ciężarze w stanie suchym 0,43 g. W ostatnim zabiegu przy zastosowaniu propanowego płomienia utleniającego wykonano ogrzanie płomieniowe obu etykiet, szybko przemieszczając płomień po całej powierzchni próbki etykiety. Po ostygnięciu próbek etykiety były przygotowane do przeprowadzenia próby wchłaniania wody.

186 633

Wykonany z nierdzewnej stali zbiornik do próby zanurzenia o średnicy 33,66 cm i wysokości 24,13 cm napełniono zdejonizowaną wodą, przy czym poziom wody był na tyle wysoki, aby umożliwić całkowite zanurzenie próbki. Umieszczono próbkę prostopadle opartą krótszym bokiem o dno zbiornika. Podłoże szklane ustawiono na ramce wykonanej z cienkich drutów w zbiorniku zanurzeniowym. Wewnątrz zbiornika zanurzeniowego napełnionego wodą zainstalowano termoparę. Po upływie każdego z czasów podanych w tabeli V próbkę wyjmowano ze zbiornika, usuwano bibułą nadmiar wody i próbkę ważono oraz wkładano do zbiornika. Postępowanie to było kontynuowane podczas całej próby. Wyniki podano w tabeli V. Próbka 1 uzyskała maksymalną absorpcję 0,04 g po 3 godzinach i zachowała ten poziom przez 5 godzin. Po 5 godzinach próbka utraciła zdolność utrzymywania wody. Należy przypuszczać, że zjawisko to było spowodowane degradacją, struktury etykiety. W przypadku próbki 2, próbka ta również uzyskała maksymalną absorpcję 0,04 grama po 3 godzinach. Badanie dla tej próbki zakończono po 5 godzinach, w przygotowaniu do opisanej poniżej próby wydzielania wody.

Na podstawie próby wchłaniania wody można wnioskować, że dla korzystnej próbki o grubości 12,7 pm wchłanianie wody wynosiło 0,04 g/85,8 cm², czyli około 5 g/m² po 3 godzinach w temperaturze pokojowej.

Tabela V Próba wchłaniania wody

Czas	Ciężar próbki 1 [g]	Ciężar próbki 2 [g]	Temp. wody w zbiorniku [°C]
8:00	59,77	59,77	21.66
8:10	59,80	59,80	21.66
9:00	59,81	59,81	21.66
10:00	59,83	59,83	21.66
11:00	59,85	59,85	22
12:00	59,85	59,85	22
13:00	59,85		22
14:00	59,84		22
15:00	59,81		22

Próba wydzielania wody

Bezpośrednio po zakończeniu powyższej próby wchłaniania wody próbka 2 przygotowana jak powyżej została poddana próbie wydzielania wody. Próbkę osuszono bibułą w celu usunięcia nadmiaru wody, zważono i zapisano wynik. Najpierw pozostawiono próbkę w temperaturze otoczenia na 0,5 godziny i zważono. Po upływie pół godziny od zważenia próbki umieszczono ją w suszarce nagrzanej do temperatury 53°C (mała suszarka laboratoryjna ogrzewana elektrycznie, Quieny Lab Inc. Model 20, łub równoważna). W nagrzanej suszarce próbkę wytrzymywano ponad pół godziny, po czym ją zważono. Następnie próbkę ponownie umieszczono w suszarce, gdzie przebywała 3,5 godziny.

Na podstawie tabeli VI można wnioskować, że woda wchłonięta przez próbkę 2 została wydzielona w ciągu 30 minutowej ekspozycji w temperaturze pokojowej przy wilgotności 48%. Dla próbki wykazano zmniejszenie ciężaru 0,01 grama w stosunku do ciężaru początkowego, co wydaje się wskazywać, że etykieta nie została całkowicie wysuszona przy nakładaniu. Tak więc korzystna etykieta o powierzchni 85,8 cm2 i grubości 12,7 pm wykazała wydzielanie wody większe niż 0 i mniejsze niż 0,10 g/24 h przy średnim wydzielaniu 0,045 g w ciągu 30 minut dla podanych parametrów.

186 633

Tabela VI Próba wydzielania wody

Czas	Ciężar próbki 2 [g]	Temperatura otoczenia [°C]	Wilgotność względna	Temperatura pieca [°C]
12:00	59,85	72,6	48	53,5
12:30	59,76	72,6	48	53,7
13:30	59,76			52,3
kolejny odczyt 5:00	59,76			53,0

Próba szybkości przepuszczania pary wodnej

Optymalne połączenie trwałości i zmywalności etykiet według wynalazku przynajmniej częściowo wynika z nieprzenikalności etykiety przez roztwór do nasiąkania. Próbka warstwy do odciskania tego samego typu jak testowano w próbie wchłaniania i wydzielania wody o grubości 12,7 pm została zastosowana do badania szybkości przepuszczania pary wodnej. 25 mililitrowy pojemnik szklany ze zwężką 15,9 mililitra umyto acetonem i napełniono około 10 mililitrami zdejonizowanej wody. Obszar zwężkowy pojemnika ogrzano do temperatury około 47,8°C i nałożono okrągły segment warstwy do odciskania, z zastosowaniem małego kawałka silikonowej gumy jako poduszki dociskowej. Po ostygnięciu pojemnika i etykiety delikatnie usunięto folię podłoża. Przygotowanie próbki zakończono poprzez nałożenie woskowego pokrycia (0,001 g na powierzchni 1,99 cm²) i pozostawiono do wyschnięcia w powietrzu. Drugi szklany pojemnik o takich samych wymiarach jak opisany powyżej starannie umyto acetonem i napełniono 10 ml zjonizowanej wody. Również ogrzano obszar zwężkowy próbki. Próbka ta została wykorzystana jako próbka kontrolna. Przygotowane próbki były następnie ważone w różnych odstępach czasu w ciągu 26,6 godzin. Szybkość przepuszczania pary wodnej w ciągu całego badania wynosiła 568,75 g/m2 w okresie 24 godzin w temperaturze 22,2°C przy wilgotności względnej 46%. Ustalono, że przed około 28 minutami od czasu 0 nie występował „stabilny stan” szybkości przepuszczania pary wodnej. Na podstawie danych w „stabilnym stanie” po 28 minutach od czasu 0 szybkość przepuszczania pary wodnej została ustalona na około 525 g/m2 w ciągu 24 h. Dla próbki kontrolnej bez etykiety szybkość przepuszczania pary wodnej w całkowitym czasie próby wynosiła 1085,7 g/m2 w ciągu 24 h. Szybkość przepuszczania pary wodnej korzystnej etykiety według obecnego wynalazku będzie wynosić od 50 do 750 g/m2 po 24 h (22°C, wilgotność względna 44%), korzystnie około 500 g/m2 po 24 h.

W zakresie ujawnionego przykładu wykonania mogą być wprowadzone dalsze modyfikacje z zachowaniem tych samych zalet i bez odstępstwa od ducha i zakresu wynalazku, jak określono w załączonych zastrzeżeniach.

186 633 obrObka płomieniem i temperatura odprężenia

FIG. 2

186 633

NANOSZENIE FARBY NA ETYKIETĘ

ROLKA ODCISKANIA W PRZEKROJU

KAUCZUK SILIKONOWY (50 SHOKE A)

FIG. 3

186 633

NAKŁADANIE POWŁOKI

WIDOK Z GÓRY

WAŁEK NAKŁADAJĄC'

PODUSZKA NAKŁADANIA

SZCZEGÓŁY NAKŁADARKI

FIG. 4

186 633

STANOWISKA OBRÓBKI PŁOMIENIEM

SKRZYNKA

FIG. 5

WIDOK Z PRZODU

186 633

ο co

186 633

FIG. 7

FIG. 8

186 633

ETYKIETA I WIDOK jej części

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Etykieta mająca wielowarstwową strukturę, zawiera co najmniej warstwę podkładową i składającą się z wielu kolejnych warstw, drukowaną warstwę tuszu, odłącznie zamocowaną do warstwy podkładowej, przy czym drukowana warstwa tuszu ma co najmniej warstwę przylepną i warstwę obrazu, znamienna tym, że drukowana warstwa tuszu (20) ma współczynnik przenikalności wody zawarty w przedziale pomiędzy 0.15 i 2.5.
2. 2. Etykieta według zastrz. 1, znamienna tym, że na warstwie obrazu, drukowanej warstwy tuszu (20) jest usytuowana przezroczysta powłoka ochronna (14).
3. 3. Etykieta, według zastrz. 2, znamienna tym, że powłoka ochronna (14) jest korzystnie zamocowana do połączonych ze sobą warstw przylepnej (30,40) i warstwy obrazu.
4. 4. Etykieta, według zastrz. 2, znamienna tym, że warstwa obrazu zawiera tusz uretanowy na bazie winylowej lub akrylowej.
5. 5. Etylcieta, według zastrz. 4, znamienna tym, że tusz jest rozpuszczalny w wodzie.
6. 6. Etykieta, według zastrz. 3, znamienna tym, że warstwa przylepna (30, 40) zawiera klej aktywowany na gorąco, korzystnie akrylowo uretanowy o początkowej temperaturze przyczepności 90°C max.
7. 7. Etykieta, według zastrz. 3, znamienna tym, że powłoka ochronna (14) jest na bazie akrylowego wosku.