JP2006500240A - 接着性が向上した積層品 - Google Patents
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Abstract
ホットメルト接着剤が用いられる用途向きの既存の積層品よりも接着性能が向上した積層構造体が提供される。積層構造体は、ポリオレフィン単独の場合よりも低温での積層基材に対するホットメルト接着剤の熱伝達及び接着強度を増大させるよう無機充填剤を入れたポリオレフィンを有する。
Description
本発明は、ホットメルト接着剤へのヒートシール性を向上させた板紙積層構造体に関する。積層構造体は、ポリオレフィン単独の場合よりも低温での積層基材に対するホットメルト接着剤の熱伝達及び接着強度を増大させるよう無機充填剤を入れたポリオレフィンを有する。
種々の目的で用いることができる複合材料を提供するために多くの被膜が板紙基材に被着されている。特に、ポリエチレン被膜は、板紙容器の製作に用いられるヒートシーラント層として板紙基材に被着される。或る用途では、ホットメルト接着剤（これは、ホットメルトグルーとも呼ばれる）を用いて多くの表面を互いに接着することが望ましい。かかる用途の例としては、容器の側壁に取っ手を設けること又は単一ユニット（一般に「マルチパック」と呼ばれている）として販売のために多数の容器を互いに組み合わせることが挙げられる。
これらの用途では、隣接の材料への（ホットメルト接着剤を介する）板紙基材のシール（又は接着）特性が強固であることが重要である。シールが不良になると、その結果として顧客への輸送中容器が互いに分離し又は持ち上げ中に取っ手がパッケージから分離する場合がある。品質管理検査として、典型的には、サンプルを引き裂き、シール領域中の繊維引裂け百分率を求めることによりシール性が評価される。繊維引裂けが１００％未満であれば、これはマルチパックユニット又は取っ手要素が輸送中及び顧客による使用中、取り付けられたままであるようにするにはシール性が不十分であることを示している。
この種の板紙基材を製造するのに用いられる既存の商用材料は、ポリエチレンだけを用いている。ポリエチレン被膜は単独で接着基材として有効な場合があるが、ホットメルト塗布の適正なセットアップが確保されなければ現場で破損が生じる場合がある。これら破損の共通の根本原因としては、ホットメルト接着剤の温度が不十分であること、表面に塗布された接着剤の量が誤っていること（又は、量が少ないこと）、使用されたホットメルト接着剤の特定の等級の選択が誤っていることが挙げられる。これら問題の解決策としては、グルー領域に塗布されるホットメルト接着剤の量を多くすること及び（又は）ホットメルト接着剤の温度を高くすること及び（又は）ホットメルト接着剤のタイプを変えることが挙げられる。これら解決法はシール品質を向上させるが、典型的には、用途に応じてホットメルト接着剤の多くの在庫が必要となり、コストを増大させるホットメルト接着剤の使用量が増大し、或いは高温でも使用できるようホットメルトアプリケータの改造が必要となるので好ましくない。加うるに、ホットメルト接着剤の温度を増大させると、劣化（発煙及び黒い斑点）が生じる場合がある。
したがって、本発明の目的は、これら問題を解決するホットメルト接着剤用の改良型シーリング及び接着基材をもたらすことができる材料を提供することにある。
充填剤入りポリオレフィンが、押出被覆法において周知である。ポリマー中への充填剤の一般的な使い方としては、表面平滑性の向上、摩擦係数の改善、粘着中におけるヒートシール性の向上、表面自由エネルギの改善及び押出被覆中における被膜と基材（例えば、ポリエチレンと板紙）の接着性の向上が挙げられる。既存の当該技術分野では、充填剤入りポリマーに対するホットメルト接着剤の接着を向上させるための充填剤入りポリマーの使用についての文献記載は無い。
充填剤入りポリオレフィンが、押出被覆法において周知である。ポリマー中への充填剤の一般的な使い方としては、表面平滑性の向上、摩擦係数の改善、粘着中におけるヒートシール性の向上、表面自由エネルギの改善及び押出被覆中における被膜と基材（例えば、ポリエチレンと板紙）の接着性の向上が挙げられる。既存の当該技術分野では、充填剤入りポリマーに対するホットメルト接着剤の接着を向上させるための充填剤入りポリマーの使用についての文献記載は無い。
本発明の好ましい実施形態は、既存のポリオレフィン（ポリエチレン）基材よりもホットメルト接着剤への接着性能を向上させた充填剤入りポリオレフィン（ポリエチレン）積層材料に関する。
既存のポリオレフィン（ポリエチレン）基材よりもホットメルト接着剤への接着性能が向上した積層構造体が開示される。本発明の用途としては、容器の側壁に取っ手を設けること又は単一ユニット（一般に「マルチパック」と呼ばれている）として販売のために多数の容器を互いに組み合わせることが挙げられる。この技術の他の用途が想到され、当業者であれば、これを突き止めて実施することができよう。重さは全て、３０００平方フィート当たりのポンドで表されている。
図１を参照すると、好ましい構造体５は、板紙基材１０（１〜３００ポンド）を有し、この板紙基材の一方の側部には、無機充填材料入りのポリオレフィンポリマー層被膜１２が被膜重量５〜４０ポンド、好ましくは約１２ポンドで被着されている。充填剤は、炭酸カルシウム、二酸化チタン、タルク、クレー、炭素質土、ガラスビーズ、顔料又は他の無機材料であるのがよいが、これらには限定されない。充填剤の含有量は、１〜４０％であるのがよく、好ましくは１５％の量である。次に、ホットメルト接着剤１４が充填剤入りポリオレフィン層１２に塗布される。
図２を参照すると、別の好ましい構造体２５が、板紙基材３０（１〜３００ポンド）を有し、この板紙基材の一方の側部には、ポリマーの被膜３２が被着されている。この被膜は、オーバーコート層又は保護膜３４の被着前に、単一層の押し出し又は多数の層の同時押し出しが施されたものであるのがよい。層３４は、無機充填材料を含む被膜重量が５〜４０ポンド、好ましくは約１２ポンドのポリオレフィン材料である。高い熱容量の充填材料は、炭酸カルシウム、二酸化チタン、タルク、クレー、炭素質土、ガラスビーズ及び顔料であるのがよいが、これらには限定されない。充填剤の含有量は、１〜４０重量％であるのがよく、好ましい量は１５重量％である。次に、ホットメルト接着剤３６が充填剤入りポリオレフィン層３４に塗布される。
層１２又は層３４に用いられるポリオレフィンは、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン又はこれらの配合物であるのがよいが、これらには限定されない。
（実験例）
図１の積層品５の形態と一致した構造体を用いて容器を製造した。積層品は、配合量が１５重量％の炭酸カルシウムを配合した１２ポンド／３ｍｓｆのポリエチレンで被覆した基本重量が２１２ポンド／３ｍｓｆの板紙材料を有するものであった。加うるに、構造体の反対側の表面は、バリヤ材料とポリエチレンの組合せであった。押出被覆法による充填剤入りポリエチレン層の製造中、問題は生じなかった。巻取材をスカイブドリットルゲーブルトップ（skived liter gable top）形カートンの状態に加工した。炭酸カルシウムを含まない市販のカートンも又試験した。
図１の積層品５の形態と一致した構造体を用いて容器を製造した。積層品は、配合量が１５重量％の炭酸カルシウムを配合した１２ポンド／３ｍｓｆのポリエチレンで被覆した基本重量が２１２ポンド／３ｍｓｆの板紙材料を有するものであった。加うるに、構造体の反対側の表面は、バリヤ材料とポリエチレンの組合せであった。押出被覆法による充填剤入りポリエチレン層の製造中、問題は生じなかった。巻取材をスカイブドリットルゲーブルトップ（skived liter gable top）形カートンの状態に加工した。炭酸カルシウムを含まない市販のカートンも又試験した。
バーバーコールマンヒートシール試験機を用いて構造体のセルフシール性を評価した。バーバーコールマンヒートシール試験機は、ヒートシールを形成することができるようインタフェース温度を上昇させるためにサンプル全体を加熱する２つの加熱状態のジョーを用いたものである。３０秒間で指示温度への加熱後、サンプルを取り出し、放冷した。
ポリマー材料のヒートシールは典型的には、熱間粘着性（溶融状態のポリマーを接触させ、次に分離する）又はヒートシール強度（冷却後にサンプルを分離するのに必要な力）として報告されている。板紙用途では、接着品質は、板紙繊維がインタフェースのところでのポリマー分離に先立って分離するので、板紙の繊維引裂けパーセントの関数として評価される。
ポリマー材料のヒートシールは典型的には、熱間粘着性（溶融状態のポリマーを接触させ、次に分離する）又はヒートシール強度（冷却後にサンプルを分離するのに必要な力）として報告されている。板紙用途では、接着品質は、板紙繊維がインタフェースのところでのポリマー分離に先立って分離するので、板紙の繊維引裂けパーセントの関数として評価される。
接着品質は、シール面内での繊維引裂けレベルを格付けすることにより（シール面の百分率として）判定される。この試験の結果は、表１にまとめられている。比較の示すところによれば、１５重量％の炭酸カルシウム入りのポリエチレンは、充填剤を含んでいない対照サンプルと比較して、１００％繊維引裂けシールを達成するのに必要な温度を２０°Ｆ（１１．１℃）だけ減少させている。これは、充填剤を用いた場合ではシールを達成するのにホットメルト接着剤の温度の上昇を必要としないという点で意味がある。
〔表１〕
表１：積層品とセルフヒートシール １００％繊維引裂けを達成する
のに必要な温度（°Ｆ／℃）
対照例−Eastman 1924p ポリエチレン ２１０／９８．９
試用例−１５重量％ＣａＣＯ3
入りEastman 1924ポリエチレン １９０／８７．８
表１は、幾つかの他のポリエチレン材料と比較した場合の本発明の積層品同士のヒートシールの比較表である。
表１：積層品とセルフヒートシール １００％繊維引裂けを達成する
のに必要な温度（°Ｆ／℃）
対照例−Eastman 1924p ポリエチレン ２１０／９８．９
試用例−１５重量％ＣａＣＯ3
入りEastman 1924ポリエチレン １９０／８７．８
表１は、幾つかの他のポリエチレン材料と比較した場合の本発明の積層品同士のヒートシールの比較表である。
上述した試験に加えて、ホットメルト接着剤を基材に塗布し、基材を多数の容器を互いに結合する板紙上包み材料に接着するための市販のマルチパック装置を用いてこれらサンプルを評価した。この試験の目的のため、ホットメルトを分離及び接着品質の判定（繊維引裂けパーセントによって判定される）に先立って放冷した。種々のサンプルについてのこの試験の結果は、２つの互いに異なる温度で表２に示されている。
〔表２〕
表２：積層品とホットメルト接着剤シール 繊維引裂けパーセント（％）
ホットメルト接着剤温度３５０°Ｆ／１７７℃
対照例−Eastman 1924p ポリエチレン １０〜２０
試用例−１５重量パーセントＣａＣＯ3
入りEastman 1924ポリエチレン １００
ホットメルト接着剤温度３６５°Ｆ／１８５℃
対照例−Eastman 1924p ポリエチレン ５０〜８０
試用例Ｂ１、１５重量パーセントＣａＣＯ3
入りEastman 1924p ポリエチレン、
ワニス塗布、印刷 １００
表２：積層品とホットメルト接着剤シール 繊維引裂けパーセント（％）
ホットメルト接着剤温度３５０°Ｆ／１７７℃
対照例−Eastman 1924p ポリエチレン １０〜２０
試用例−１５重量パーセントＣａＣＯ3
入りEastman 1924ポリエチレン １００
ホットメルト接着剤温度３６５°Ｆ／１８５℃
対照例−Eastman 1924p ポリエチレン ５０〜８０
試用例Ｂ１、１５重量パーセントＣａＣＯ3
入りEastman 1924p ポリエチレン、
ワニス塗布、印刷 １００
表２は、幾つかの他のポリエチレン材料と比較した場合の本発明の積層品とホットメルト接着剤のシールの比較である。
これら結果の立証するところによれば、接着性能の大幅な変化（繊維引裂けパーセント）が対照例において観察されている。加うるに、ホットメルト接着剤の温度を上昇させるとシール性能が向上したが、これは商業的に許容レベルのものではなかった。これとは異なり、１５重量％の炭酸カルシウム入りのポリエチレンを用いて製造した基材は、１００％繊維引裂けを示した。
これら結果の立証するところによれば、接着性能の大幅な変化（繊維引裂けパーセント）が対照例において観察されている。加うるに、ホットメルト接着剤の温度を上昇させるとシール性能が向上したが、これは商業的に許容レベルのものではなかった。これとは異なり、１５重量％の炭酸カルシウム入りのポリエチレンを用いて製造した基材は、１００％繊維引裂けを示した。
開示した本発明のカートン構造体の好ましい実施形態を説明したが、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく設計変更、追加及び省略を想到できることは明らかである。
Claims (6)
- 積層品であって、
（ａ）外面及び内面を備えた板紙基材と、
（ｂ）板紙基材の外面に塗布された無機充填剤入りポリオレフィンの層と、
（ｃ）無機充填剤入りポリオレフィンに塗布されたホットメルト接着剤とから成ることを特徴とする積層品。 - ポリオレフィンは、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン又はこれらの配合物であることを特徴とする請求項１記載の積層品。
- 無機充填剤は、炭酸カルシウム、二酸化チタン、タルク、クレー、炭素質土、ガラスビーズ又は顔料であることを特徴とする請求項１記載の積層品。
- 無機充填剤は、無機充填剤入りポリオレフィン層の１〜４０重量％を占めることを特徴とする請求項３記載の積層品。
- 無機充填剤は、無機充填剤入りポリオレフィン層の１５重量％を占めることを特徴とする請求項３記載の積層品。
- 無機充填剤入りポリオレフィンの塗布に先立って板紙基材の内側部に塗布された少なくとも１つの他のポリオレフィンを更に有していることを特徴とする請求項１記載の積層品。
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