FI58182C - Foerfarande och anordning foer belaeggning av ett underlag med termoplast - Google Patents

Description

G55F*1 M {11)KUULUTUSjULKAISU

JjSjTA l J 1' UTLÄGGNI NGSSKRIFT 5 O I 0 ¢-¾¾ C .^Patentti syynne· tty 10 10 1930

Patent msddelat ^ ^ (51) Kv.ik.Wa.3 D 21 H 1/40 SUOMI—FINLAND (21) Pwottm.JwBiu.-PK«n««»öknJn| 750159 (22) HttomlspUvI — Aiw5knlngtd*c 22.01.75 ^ ^ (23) Alku pilvi—Glltl(h«tsd*f 22.01.75 (41) Tullut |ulkM(iI — Bllvlt offuncllg 25.07 75 taMM·)· nkbtnflulllcm hmmhp. μ taMNtain,

Patent· och ragittaratyrtlaan Ameku utiagd oeh utUkrWtun publicund 29.0Ö.ÖO

— (32)(33)(31) Pyydetty atuolk«ut—B«{ird priorltat 2^.01.7^

Sveitsi-Schwei z (CH) lOOOM

_ (71) Cordotex SA, 2, rue de la Paix, 1003 Lausanne, Sveitsi-Schweiz(CH) (72) Erwin Wilhelm Wartenberg, Stuttgart, Saksan Liittotasavalta-Förbunds-rebubliken lyskland(DE) (7^) Oy Kolster Ab (5I+) Menetelmä ja laite alustan päällystämiseksi kestomuovilla - Förfarande och anordning för beläggning av ett underlag med termoplast Tämän keksinnön kohteena on menetelmä alustan , esim. paperia tai metallikalvolla päällystettyä paperia olevan materiaa-lirainan päällystämiseksi polyeteenillä, jolloin kestomuoviaine suulakepuristetaan ohueksi kalvoksi, joka kun se vielä on lämmin, saatetaan alustan kanssa kosketukseen ja puristetaan yhteen alustan kanssa jäähdytettäessä sitä samanaikaisesti lämpötilaan, joka on muoviaineen pehmenemislämpötilan alapuolella, jolloin yhteen-puristaminen tapahtuu kahden tai useamman yhdessä toimivan telan avulla, joiden väliin polyeteenillä päällystetty alusta syötetään, jolloin ainakin yksi niistä teloista, jotka on niin sovitettu, että ne voidaan saattaa kosketukseen muovikerroksen kanssa, on kostutettu telapinnaltaan nesteellä, jonka kriittinen pintajännitys on alle 73 x 10~^N/cm ja kiehumispiste alle 100°C, jolloin huolehditaan siitä, että telan tai telojen koko kosketuspinnalla muovi-kerroksen kanssa sovitetaan yhtenäinen ja keskeytymätön nestekerros. Keksinnön kohteena on myöskin menetelmän suorittamiseksi käytettävä laitteisto.

Valmistettaessa esimerkiksi pakkaustarkoitukseen ajateltuja kerrosaineita, tapahtuu usein, että kerros kestomuoviainetta, esim.

2 58182 polyeteeniä, sovitetaan alustalle, jolloin kestomuoviaine suulake-puristetaan ohueksi kalvoksi', joka, kun se on vielä sulassa tai puolisulassa tilassa, yhdistetään alustan kanssa, jona voi olla esimerkiksi kartonkiraina tai metallikalvo.

Hyvän tartuntavoiman saavuttamiseksi tällöin suulakepuriste-tun kestomuovikerroksen ja alustan välille puristetaan alusta ja kestomuovikerros yhteen jäähdytettyjen painotelojen välissä, jolloin kestomuovikerros tulee hyvin kosketuksiin alustan kanssa ja samanaikaisesti jäähdytettäessä stabiloituu. Mainittua päällystämis-prosessia suoritettaessa tapahtuu usein, että muoviaine tarttuu jäähdytystelaan ja että kerrosaine tässä yhteydessä tulee alttiiksi -- voimalla, joka on suuntautunut pääasiallisesti kohtisuoraan kerros-aineenpintaan nähden. Tämä voima voi helposti aiheuttaa materiaalin kerrosten irtoamista (delaminaatiota), jonka ei tarvitse olla rajoit- _ tunut muovikerroksen ja alustan raja-alueelle, vaan kerrosten irtoamista voi esiintyä itse alustassa, esimerkiksi jos tämä on paperia tai muuta selluloosaa.

Edellä mainitut epäkohdat on yritetty välttää siten, että jäähdytystela kostutetaan vedellä ja että polytetrafluorieteeni-päällyste, jota myydään nimellä "TEFLON", sovitetaan telan ulkopinnalle. Paras tulos saavutetaan "TEFLONILLA* päällystetyllä telalla, mutta myös sellaisella jäähdytystelalla voi esiintyä delaminaatiota, sitä paitsi on osoittautunut, ettei "TEFLON"-aine riittävän kauan kykene kestämään mekaanisia ja lämpörasituksia, joiden kohteeksi se joutuu jäähdytystelan ulkopinnalla.

Parempi menetelmä, jolla on myös se etu, että kerrosaineen muovikerroksen pinta tulee hyvin tasaiseksi, on keksinnön mukainen menetelmä, joka on tunnettu siitä, että mainittu neste koostuu vedestä, johon on lisätty alkoholia, edullisesti etyylialkoholia.

Keksintöä kuvaillaan seuraavassa esimerkein viitaten - oheiseen kaavamaiseen piirustukseen ja valokuviin.

Kuvio 1 esittää päällystämislaitteen kaavamaista kuvantoa.

Kuvio 2 esittää diagrammana, kuinka jäähdytystelan ja kesto-muovikerroksen välinen tartuntavoima vaihtelee jäähdytystelan kriittisen pintajännityksen mukaan.

Kuvio 3 esittää kerrosaineen poikkileikkauksen valokuva-suurennusta, jossa kerrokset ovat irronneet.

Kuvio 4- esittää keksinnön mukaisesti valmistetun kerros-aineen poikkileikkauksen valokuvasuurennusta.

5 58182

Kuvio 5 esittää kerrosaineen ulomman muovikerroksen pinnan valokuvasuurennusta, jonka aineen päällystämismenettely on tapahtunut tavanomaisesti teräsjäähdytystelan avulla.

Kuvio 6 esittää keksinnön mukaisesti valmistetun kerros-aineen ulomman muovikerroksen pinnan valokuvasuurennusta.

Selvyyden vuoksi on ensiksi puhuttava lähemmin käsitteestä kriittinen pintajännitys.

Voidaan sanoa, että materiaalin kriittinen pintajännitys on kostumistaipumuksen mitta, jolloin kostumistaipumus on alhaisella kriittisellä pintajännityksellä suurempi kuin korkealla. Kriitti-^ sen pintajännityksen fysikaalinen mitta on N/cm, ja kriittisen pintajännityksen suuruus on usealla tavalla kokeellisesti määriteltävissä, mikä helposti voidaan todeta fysiikan perusoppikirjoista.

On havaittu, että puhtaiden metallien kriittinen pinta- _o jännitys (tyhjiössä) on sangen korkea, n. 1...4 x 10 N/cm. Niissä olosuhteissa, jotka vallitsevat esimerkiksi paperia olevaa alustaa päällystettäessä suulakepuristetulla muovikalvolla, on kuitenkin todettu, että kiilloitetun metallitelan kriittinen pintajännitys on huomattavasti alhaisempi, nimittäin n. 10"*^ N/cm. Kostuttamalla kiiltäväksi kiilloitettu jäähdytystela vedellä voidaan telan kriittinen pintajännitys alentaa veden kriittiseen pintajännitykseen, joka vastaa n. 73 x 10”^N/cm, koska suulakepuristettu muovikalvo ei tule kosketuksiin metallitelan kanssa, vaan ainoastaan vesikalvon kanssa, joka peittää telan.

Jos painotelalle sovitetaan polytetrafluorieteenikerros, ts. sitä ainetta, jota myydään nimellä "TEFLON', niin telan w kriittiseksi pintajännitykseksi tulee n. 17x~^N/cm, ts. se tulee alenemaan "TEFLON"-aineen kriittiseksi pintajännitykseksi.

Kerrosaineeseen kuuluvan muoviaineen kriittinen pinta-— jännitys on yleensä n. 30x10~^N/cm. (Polyeteenin kriittinen pinta jännitys on kosteudesta, lämpötilasta ja muista suulakepuristukses-sa vallitsevista ehdoista riippuen 29...32x10”^N/cm.)

Sekoittamalla pintajännitystä alentavia aineita, esimerkiksi etyylialkoholia, etikkahappoa tai asetonia, veteen voidaan pintajännitystä alentaa jäljempänä annetun taulukon mukaan, mikä merkitsee, että kriittistä pintajännitystä voidaan mukauttaa mainittuja aineita sekoittamalla halutulla tavalla, mikä on sangen tärkeää, kuten jäljempänä seuraavasta selityksestä havaitaan.

Kuviossa 1 kaavamaisesti esitettyyn laitteeseen kuuluu varastorulla 1, jossa on paperirainaa 2 tai alumiinikalvolla 4 58182 päällystettyä paperia, jolle muovikerros tulee sovittaa. Muovi-kerros 3» joka voi olla esimerkiksi polyeteeniä, sovitetaan - vielä sulassa tilassa - rainalle 2 suulakepuristimen 4 avulla, jossa muoviaine kuumennetaan sulaksi ja pitkänomaisen, rakomaisen suutti-men 5 läpi puristetaan ulos ohuen kalvon 3 muodostamiseksi. Muovikalvolla 3 päällystetty raina 2 ohjataan kahden yhdessä toimivan puristustelan 6, 7 väliin, joista tela 6 on siten jäähdytetty, että jäähdytysaine, edullisesti vesi, on saatettu kiertämään telan sisällä. Ruiskutuslaitteella 8 ruiskutetaan telan 6 pinnalle nestettä hienojakoisessa muodossa, jolloin huolehditaan siitä, että telan koko pinta 10 on peitetty edullisesti samanvahvuisella neste- — kerroksella. Mainitun nesteen koostumuksesta puhutaan jäljempänä lähemmin eikä nestettä tarvitse välttämättä ruiskuttaa, vaan hyviä tuloksia voidaan saavuttaa myös siten, että neste tuodaan _ telalle muulla tavalla, esimerkiksi upottamalla tela tai siirtämällä nestettä telalle kostutetun ohjausrullan avulla. Valmis kerrosaine on kuviossa 1 merkitty viitenumerolla 11.

Kun jäähdyttämällä stabiloitu muovikerros 3 on ohittanut jäähdytystelan 6, täytyy jäähdytystelan pinnan ja muovikerroksen 3 välinen kosketus keskeyttää, ja koska yhä ilmenee tiettyä muovi-kerroksen ja jäähdytystelan välistä kiinnitarttumista, syntyy suorassa kulmassa kerrosaineen 11 pintaan nähden vetojännitystä.

Koska kerrosaineella jos se on esimerkiksi kuitumateriaalia tai alumiinikalvolla päällystettyä kuitumateriaalia on huonoimmat vetolujuusominaisuudet suorassa kulmassa materiaalin pintaan nähden (niin sanotussa Z-suunnassa), materiaali säröilee helposti, syntyy ns. jakaantumisilmiö (delaminaatio), kun kerrosaine vedetään pois jäähdytystelalta. Yleensä jakaantumista ei tapahdu muovi-kerroksen ja paperikerroksen välisessä rajakerroksessa, vaan tällaista jakaantumista ilmenee useimmiten paperikerroksessa, — lähellä muovikerrosta, mikä ilmenee kuviosta 3, joka esittää jakautuneen kerrosaineen poikkileikkauksen 200-kertaista suurennusta. Kuviossa 3 muovikerros on merkitty viitenumerolla 12, kuituaine viitenumerolla 14· ja jakaantunut vyöhyke viitenumerolla 13. Jakaantumisen välttämiseksi täytyy joko käyttää paperi-materiaalia, jolla on suuri vetolujuus Z-suunnassa, että kerrosten jakaantumista ei tapahdu niistä rasituksista huolimatta, joita syntyy kerrosainetta 11 irrotettaessa jäähdytystelalta 6, tai on huolehdittava siitä, että jäähdytystelan 6 ja kerrosaineen 11 välinen tartuntavoima on niin pieni kuin mahdollista. Koska yleensä on vaikeaa määritellä paperimateriaalin laatu ja Z-lujuus, 5 58182 täytyy vähentää muoviaineen Ja Jäähdytystelan 6 välistä tartunta-voimaa, mikä voi tapahtua keksinnön mukaisella tavalla.

Kuviossa 2 on esitetty diagramma, Jossa vaaka-akseli lineaarisesti ilmaisee Jäähdytystelan Ja muovikerroksen välisen tartuntavoiman Ja pystyakseli kriittisen pintajännityksen laatuna N/cm. Edelleen diagramma esittää kirjaimilla Pe merkityn käyrän, Joka havainnollistaa polyeteenikerroksen Ja Jäähdytystelan välistä tartuntavoimaa erilaisten kriittisten pintajännitysten vallitessa Jäähdytystelan päällysteessä.

Vaaka-akselilla ei ole asetejakoa absoluuttisina lukuina koska tartuntavoima on riippuvainen useista tekijöistä, esimerkiksi telan läpimitasta Ja rainan leveydestä, vaan Jako on tapahtunut suhteellisina lukuina 0...10.

^ Kuten kuviosta 2 havaitaan, tartuntavoima on suurimmillaan (10), kun Jäähdytystelana on kuiva, kiilloitettu terästela, Jonka kriittisen pintajännityksen tällöin tulee olla 10”^N/cm. Jos tela kostutetaan vedellä, niin kriittinen pintajännitys on noin 73x10“^N/cm Ja tartuntavoima alenee arvoon 7· Kostuttamalla TEFLONILLA" päällystetty Jäähdytystela voidaan kriittistä pinta- _c Jännitystä edelleen alentaa Jopa arvoon noin 17x10 ^N/cm, Ja kuten diagrammasta ilmenee, tartuntavoimaksi tulee noin 5» mikä merkitsee, että tartuntavoima laskee vain vähän, vaikka kriittinen pintajännitys pienenee 73x10“%/cm:stä 17x10“^N/cm:iin. Tarkastelemalla kokeellisesti esille saatua diagrammaa huomataan, että pieni mahdollinen tartuntavoima, n. 3»5 x esiintyy, kun Jäähdytystelan pinnan kriittinen pintajännitys on n. 30x10”%/cm, ts.

^ sama kriittinen pintajännitys, Joka on polyeteenimateriaalilla.

Kuten on Jo mainittua, Jäähdytystela voidaan kostuttaa nesteellä, Jonka kriittistä pintajännitystä voidaan säätää _ siten, että esimerkiksi etyylialkoholia, etikkahappoa tai asetonia (myös muita aineita voidaan käyttää) sekoitetaan sopivassa suhteessa veden kanssa. Milloin kerrosaine tulee käytettäväksi elintarvikkeiden pakkaamiseen, etyylialkoholia on pidettävä tarkoituksenmukaisimpana sekoitus-aineena, Ja alla olevasta taulukosta havaitaan, että seos,

Jossa on noin 35 % etyylialkoholia sekoitettuna veteen, antaa tulokseksi pintajännityksen n. 30x10~^N/cm.

6 58182

Vesi Etyyli- (kiehuma- Kriittinen alkoholi piste 78,5°C) pintajännitys 100 % 0 % 72 x 10_5N/cm 90 % 10 % 46 " 75 % 25 % 34 50 % 50 % 27 " 0 % 100 % 21 " 90 % 10 % 55 " 70 % 30 % 44 " 50 50 $ 38 " 0 % 100 % 26 " -

Vesi Asetoni (kiehuma- Kriittinen piste 56,5°C) pintajännitys 90 % 10 % 49 x 10“5N/cm 75 % 25 % 38 50 % 50 % 27

Kun jäähdytystelalle 6 tuodaan tasaisena ja katkeamattomana kerroksena seos, joka sisältää 65 % vettä ja 35 # etyylialkoholia, tulee jäähdytystelan 6 ja kerrosaineen 11 muovikerroksen välinen tartuntavoima niin pieneksi kuin mahdollista (3»5 kuviossa 2 esitetyn diagramman mukaan), ja kerrosten irtaantuminen voidaan estää. Edellä olevien ohjeiden mukaan käsitellyn kerrosaineen voimakkaasti suurennettu (100-kertainen) poikkileikkaus on esitetty kuviossa 4, jossa muovikerros on merkitty viitenumerolla 12 ja kuitukerros viitenumerolla 13» ja kuviosta käy ilmi, ettei kerrosten irtaantumista ole tapahtunut.

Keksinnön mukaisen käsittelytavan lisäetuna on se, että muovikerros verrattuna perinteisellä tavalla valmistetun kerros-aineen muovikerroksen vastaavaan pintarakenteeseen saa erittäin — tasaisen pintarakenteen.

Kuviossa 5 esitetään kuivalla, sileäksi kiilloitetulla jäähdytystelalla käsitellyn muovikerroksen pintakerroksen voimakkaasti suurennettu kuva. Kuten kuviosta havaitaan, pinta on täynnä kuoppia, jotka kun ne tulevat riittävän syviksi, muodostavat muovikerrokseen reikiä (ns. pinholes). Näiden reikien muodostumisen estämiseksi mikä on hyvin tärkeää, jos kerrosaine tulee käytettäväksi esimerkiksi steriloidun täyteaineen pakkaamiseen, täytyy muoviaineen olla niin paksu, että pintakerrokseen muodostuneiden kuoppien syvyys ei ylitä muovi-kerroksen vahvuutta. Muovikerroksen mitoittaminen tarvitsematta 7 58182 ottaa huomioon syntyviä kuoppia johtaisi näin ollen huomattavaan taloudelliseen voittoon.

Kuten ilmenee kuviosta 6, joka esittää tarkalleen samaa materiaalia, joka käsiteltiin keksinnön mukaisesti, muovikerroksen pintarakenne, joka on käsitelty jäähdytystelalla, jolle on sovitettu vedestä ja etyylialkoholista koostuva nestekerros, on huomattavasti tasaisempi eikä kuoppia, joita voidaan nähdä kuviossa 5, esiinny juuri lainkaan. Syytä siihen, että pintarakenne on niinooleellisesti parantunut ei ole täysin selvitetty, mutta kaikki viittaa siihen, että kuuma muovikerros, jonka pinnan _ lämpötila on yleensä yli 100°C, saattaa kiehumaan etyylialkoholin, jonka kiehumispiste on 78,5°C, kun muovikerros tulee kosketuksiin jäähdytystelan kanssa. Siten, että etyylialkoholi saatetaan kiehumaan, jäähdytystelan ympärille muodostuu ohut höyrykerros, joka myötävaikuttaa tasaisen pintarakenteen syntymiseen.

Kuten edellä olevasta ilmenee, saavutetaan keksinnön mukaisen menettelytavan avulla useita tärkeitä etuja aikaisemmin tunnettuun tekniikkaan verrattuna, koska ensinnäkin vetojännitys vähenee kerrosaineen Z-suunnassa, ja siitä johtuen kerroksiin jakaantumisvaara pienenee ja toiseksi kerrosaineen muovikerros saa hyvin tasaisen pintarakenteen, mikä usein merkitsee sitä, että muovikerroksen vahvuutta voidaan vähentää, koska muovikerroksen aikaisemmassa mitoituksessa täytyi ottaa huomioon niin kutsuttujen Pinholes-muodostumien vaara.

Kostutusneste aiheuttaa luonnollisesti aikaisemmin tunnettuun tekniikkaan nähden lisäkustannuksia, mutta kuitenkin on osoittautunut mahdolliseksi koota suurin osa etyylialkoholia uudelleen käytettäväksi. Siten kostutusnesteestä aiheutuvat kustannukset ovat merkityksettömät saavutettuihin etuihin verrattuna.

Claims (6)

1. 8 58182
2. 1. Menetelmä alustan, esim. paperia tai metallikalvolla päällystettyä paperia olevan materiaalirainan päällystämiseksi polyeteenillä, jolloin kesto-muoviaine suulakepuristetaan ohueksi kalvoksi (3), joka kun se vielä on lämmin, saatetaan alustan kanssa kosketukseen ja puristetaan yhteen alustan kanssa jäähdytettäessä sitä samanaikaisesti lämpötilaan, joka on muoviaineen pehmenemislämpötilan alapuolella, jolloin yhteenpuristaminen tapahtuu kahden tai useamman yhdessä toimivan telan (6, j) avulla, joiden väliin polyeteenillä päällystetty alusta (2) syötetään, jolloin ainakin yksi niistä teloista (6), jotka on niin sovitettu, että ne voidaan saattaa kosketukseen muovikerroksen (3) kanssa, on kostutettu telapinnaltaan (10) nesteellä, jonka kriittinen pintajännitys on alle 73 X 10 'N/eui ja kiehumispiste alle 100°C, jolloin huolehditaan siitä, että telan tai telojen — koko kosketuspinnalla muovikerroksen kanssa sovitetaan yhtenäinen ja keskeytymätön nestekerros, tunnettu siitä, että mainittu neste koostuu vedestä, johon on lisätty alkoholia, edullisesti etyylialkoholia.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että neste saatetaan mainitun telan (6) tai mainittujen telojen pinnalle ruiskuttamalla .
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että neste saatetaan mainitulle telalle (6) tai mainituille teloille upottamalla osia telasta telan alle sovitettuun astiaan, jossa on mainittua nestettä. U. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nesteen saattaminen mainitun telan (6) tai mainittujen telojen pinnalle tapahtuu sivelemällä nestettä erityisen sivelylaitteen avulla, joka voidaan saattaa kosketukseen telan tai telojen kanssa.
5. 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun nesteen pintajännitys sovitetaan siihen etyylialkoholia sekoittamalla arvoon, joka vastaa polyeteeniaineen kriittistä pintajännitystä tai poikkeaa siitä vain vähän.
6. 6. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän suorittamiseksi, tunnettu ainakin kahdesta yhdessä toimivasta telasta (6, 7), jotka on sovitettu siten, että materiaaliraina (2), jonka toinen sivu on päällystetty polyeteenillä (3), syötetään telojen väliin ja niiden läpi kulkiessaan puristetaan yhteen, jolloin se tela (6) tai ne telat, jotka on sovitettu rainan muovipääl-lystettä (3) kohti, on jäähdytetty ja mainittujen telojen yhteyteen on sovitettu laitteita (8) nesteen saattamiseksi telojen pinnalle, jotka laitteet on sovitettu siten, että ainakin telojen (6) niille osille saatetaan nestettä, jotka joutuvat kosketukseen kestomuovipäällysteen kanssa, ja että nestettä saatetaan teloille jatkuvasti sillä tavalla, että saavutetaan telapinnan (10) tai telapintojen täydellinen tiivistyminen.