Адгезионные сополимеры акрилатов и олефинов, способы их получения и использующие их композиции - RU2635156C2
Код документа: RU2635156C2
Чертежи
Описание
Перекрестная ссылка на родственную заявку
Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной патентной заявки США № 61/529897, поданной 31 августа 2011 г., которая во всей своей полноте включается в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к адгезионным композициям и содержащим их поверхностным покрытиям и/или упаковочным этикеткам, причем такие композиции, поверхностные покрытия и/или этикетки предназначены для повышения пригодности к переработке для повторного использования пластмассового изделия, полученного из любого подходящего полимера или смеси полимеров (таких как, например, полиэтилентерефталат (PET), полиэтилен высокой плотности (HDPE), поливинилхлорид (PVC), полиэтилен низкой плотности (LDPE), полипропилен (PP), полистирол (PS), или все другие типы пластмасс), или даже стеклянных бутылок. Согласно еще одному варианту осуществления, настоящее изобретение относится к способу удаления адгезионной композиции и содержащих ее поверхностных покрытий и/или упаковочных этикеток с пластмассового изделия, которое подлежит переработке для повторного использования.
Уровень техники
В последнее время использование полимерных упаковочных изделий, особенно изделий, полученных из термопластичных полимеров, возрастает от года к году вследствие их превосходных свойств ударопрочности, низкой плотности и прозрачности по сравнению с традиционными бутылками, полученными из стекла, металлов или других материалов. В частности, переход от традиционных упаковочных изделий к полимерным упаковочным изделиям осуществляется наиболее быстро в производстве напитков, в котором пластмассовые или полимерные упаковочные изделия используются в огромном количестве. Хотя не существует никаких ограничений, одно из наиболее распространенных полимерных веществ для использования в полимерных или пластмассовых упаковочных изделий представляет собой полиэтилентерефталат (PET).
В свете изложенного выше, в последнее время возник огромный интерес к переработке для повторного использования широкого разнообразия пластмассовых или полимерных упаковочных изделий. При этом в настоящее время действительный интерес представляют собой разнообразные растворы, которые в случае их получения сделают более производительной и экономичной переработку для повторного использования пластмассовых упаковочных изделий.
Например, значительное внимание уделяется переработке для повторного использования бутылок или термоформованных контейнеров, изготовленных из термопластичных полимеров, в частности, PET, и даже из стекла. Как правило, на полиэтилентерефталатные бутылки нанесены разнообразные этикетки, например, растянутые этикетки, изготовленные из полиолефинов; термоусадочные этикетки, изготовленные из сложных полиэфиров, полистирола, поливинилхлорида или других полимеров; и клейкие этикетки, изготовленные из полипропилена или других полимеров. В процессе переработки для повторного использования полиэтилентерефталатных бутылок такие бутылки обычно получают от обычных потребителей, которые не удаляют этикетки, а затем направляют, например, в центры переработки для повторного использования. Эти бутылки затем моют и их этикетки удаляют в процессе первичного измельчения; однако при этом на измельченных полимерных материалах могут оставаться в больших количествах части этикеток, поверхностные покрытия или адгезионные материалы, используемые для их прикрепления. Таким образом, для превращения полиэтилентерефталатных бутылок в переработанные для повторного использования полимерные гранулы всегда требуется множество технологических стадий, таких как вторичное измельчение, гравитационное отделение этикеток в жидкости, обезвоживание и высушивание, гравитационное отделение этикеток потоком воздуха и гранулирование.
По существу, часто оказывается затруднительным и даже невозможным удаление достаточно большого количества поверхностного покрытия, этикеток и/или адгезионного материала с полимерного или пластмассового изделия, подлежащего переработке для повторного использования. Соответственно, в технике существует потребность в усовершенствованном адгезионном поверхностном покрытии и/или этикетках, которые при использовании в сочетании с упаковочным изделием на полимерной основе или на пластмассовой основе обеспечивали бы более производительный и экономичный процесс переработки для повторного использования, применяемый в отношении желательных пластмассовых или полимерных изделий.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к адгезионным композициям и содержащим их поверхностным покрытиям и/или упаковочным этикеткам, причем такие композиции, поверхностные покрытия и/или этикетки предназначены для повышения пригодности к переработке для повторного использования пластмассового изделия, полученного из любого подходящего полимера или смеси полимеров (таких как, например, полиэтилентерефталат (PET), полиэтилен высокой плотности (HDPE), поливинилхлорид (PVC), полиэтилен низкой плотности (LDPE), полипропилен (PP), полистирол (PS), или все другие типы пластмасс), или даже стеклянных бутылок. Согласно еще одному варианту осуществления, настоящее изобретение относится к способу удаления адгезионной композиции и содержащих их поверхностных покрытий и/или упаковочных этикеток с пластмассового изделия, которое подлежит переработке для повторного использования.
Согласно одному варианту осуществления, настоящее изобретение относится к поверхностной/адгезионной структуре для пластмассового, стеклянного, картонного или металлического изделия, включающей: поверхностный слой, причем поверхностный слой получен из поверхностного материала, в качестве которого выбирают бумажные поверхностные покрытия, олефиновые полимерные поверхностные покрытия, полистирольные поверхностные покрытия, или полиэтилентерефталатные поверхностные покрытия; и адгезионный слой, причем поверхностное покрытие может быть удалено с пластмассового, стеклянного, картонного или металлического изделия таким способом, который обеспечивает переработку для повторного использования пластмассового, стеклянного, картонного или металлического изделия.
Согласно одному варианту осуществления, настоящее изобретение относится к способу удаления поверхностных/адгезионных структур, которые описаны в настоящем документе, причем данный способ включает следующие стадии: (a) направление, по меньшей мере, одного изделия на переработку для повторного использования, причем к данному изделию прикреплена, по меньшей мере, одна поверхностная/адгезионная структура из числа любых поверхностных/адгезионных структур, которые описаны в настоящем документе; и (b) воздействие на изделие, содержащее, по меньшей мере, одну поверхностную/адгезионную структуру, по меньшей мере, одного щелочного раствора до тех пор, пока поверхностная/адгезионная структура не отсоединяется от изделия, подлежащего переработке для повторного использования.
Согласно еще одному варианту осуществления, настоящее изобретение относится к способу, который дополнительно включает следующие стадии: (c) отделение одной или нескольких поверхностных/адгезионных структур, удаляемых с изделия, которое подлежит переработке для повторного использования; и (d) необязательное промывание изделия, подлежащего переработке для повторного использования, в целях удаления любых остатков щелочного раствора перед последующими стадиями переработки для повторного использования.
Согласно еще одному варианту осуществления, настоящее изобретение относится к поверхностной/адгезионной структуре или упаковочной этикетке для пластмассового изделия, которая включает поверхностный слой и адгезионный слой, причем поверхностное покрытие может быть удалено с пластмассового изделия таким способом, который обеспечивает переработку для повторного использования пластмассового изделия.
Согласно еще одному варианту осуществления, настоящее изобретение относится к поверхностной/адгезионной структуре или этикетке для пластмассового или стеклянного изделия, как представлено и/или описано в настоящем документе.
Согласно еще одному варианту осуществления, настоящее изобретение относится к способу удаления поверхностной/адгезионной структуры или этикетки с пластмассового или стеклянного изделия в целях упрощения переработки для повторного использования данного пластмассового или стеклянного изделия, как представлено и/или описано в настоящем документе.
Согласно еще одному варианту осуществления, настоящее изобретение относится к адгезионной композиции, которая представлена и/или описана в настоящем документе, для использования в сочетании с этикеткой или печатным слоем в поверхностном покрытии, причем данная адгезионная композиция предназначена для возможного удаления с пластмассового или стеклянного изделия без неблагоприятного воздействия на пригодность пластмассового или стеклянного изделия к переработке для повторного использования.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет иллюстрацию поперечного сечения поверхностного покрытия и/или этикетки для использования на полимерном или пластмассовом упаковочном изделии или стеклянном изделии в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2 представляет иллюстрацию поперечного сечения поверхностного покрытия и/или этикетки для использования на полимерном или пластмассовом упаковочном изделии или стеклянном изделии в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг. 3 представляет фотографию, иллюстрирующую большее искривление полиэтилентерефталата по сравнению с полистиролом при воздействии тепла;
фиг. 4 представляет график, иллюстрирующий различные значения прочности адгезионных материалов и пленок; и
фиг. 5 представляет фотографию, иллюстрирующую полиэтилентерефлататные термоформованные изделия, которые подверглись искривлению и усадке.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение относится к адгезионным композициям и содержащим их поверхностным покрытиям и/или упаковочным этикеткам, причем такие композиции, поверхностные покрытия и/или этикетки предназначены для повышения пригодности к переработке для повторного использования пластмассового изделия, изготовленного из любого подходящего полимера или смеси полимеров (таких как, например, полиэтилентерефталат (PET), полиэтилен высокой плотности (HDPE), поливинилхлорид (PVC), полиэтилен низкой плотности (LDPE), полипропилен (PP), полистирол (PS), или все другие типы пластмасс), или даже стеклянных бутылок. Согласно еще одному варианту осуществления, настоящее изобретение относится к способу удаления адгезионных композиций и содержащих их поверхностных покрытий и/или упаковочных этикеток с пластмассового изделия, которое подлежит переработке для повторного использования.
Хотя не существует никаких ограничений, существуют разнообразные типы материалов из полиэтилентерефталата (PET), переработка которых для повторного использования представляет интерес. Например, такие материалы из полиэтилентерефталата, включают, но не ограничиваются этим, имеющий низкую или высокую характеристическую вязкость PET, аморфный PET (A-PET), неориентированный и ориентированный PET и закристаллизованный PET. По существу, в настоящем изобретении используется адгезионная композиция, которая является совместимой с нижележащей полимерной или пластмассовой композицией полимерного или пластмассового упаковочного изделия, а также является совместимой с наиболее нижним слоем поверхностного покрытия и/или этикетки, которые должны быть нанесены на полимерное или пластмассовое упаковочное изделие. Согласно еще одному варианту осуществления, в настоящем изобретении используется адгезионная композиция, которая является совместимой с нижележащим стеклянным изделием, а также является совместимой с наиболее нижним слоем поверхностного покрытия и/или этикетки, которые должны быть нанесены на стеклянное изделие. С учетом этого, настоящее изобретение будет описано в отношении пластмассового или полимерного изделия. Однако настоящее изобретение является применимым также и изделиям, изготовленным из стекла, картона и/или металла.
Согласно одному варианту осуществления, настоящее изобретение относится к адгезионной композиции, которая при использовании в сочетании с поверхностным покрытием и/или этикеткой на полимерном или пластмассовом упаковочном изделии допускает эффективную и экономичную переработку для повторного использования полимерного или пластмассового упаковочного изделия. Как должно быть очевидным для специалистов в данной области техники, полимерное или пластмассовое упаковочное изделие может представлять собой изделие любого типа, включая, но не ограничиваясь этим, бутылки, контейнеры, складные контейнеры, гибкие упаковочные контейнеры, пищевые контейнеры, непищевые контейнеры и т.д. Настоящее изобретение может также обладать применимостью к непластмассовым контейнерам, таким как картонные, стеклянные и/или металлические контейнеры.
Согласно одному варианту осуществления, любая адгезионная композиция, которая может легко растворяться или разлагаться, или адгезионная композиция, которая может отделяться от нижележащей полимерной или пластмассовой поверхностью, может быть использована в сочетании с настоящим изобретением. Согласно одному варианту осуществления, адгезионный материал, используемый в сочетании с настоящим изобретением, обеспечивает достаточную адгезию при низких и высоких температурах. Как отмечено выше, адгезионная композиция, используемая в сочетании с настоящим изобретением, должна обладать совместимостью с нижележащей полимерной или пластмассовой композицией полимерного или пластмассового упаковочного изделия, а также с наиболее нижним слоем поверхностного покрытия и/или этикетки, которые должны быть нанесены на полимерное или пластмассовое упаковочное изделие.
Согласно одному варианту осуществления, адгезионная композиция, выбранная для использования в сочетании с настоящим изобретением, не оставляет на пластмассовой поверхности никаких следов, в случае которых потребовалось бы осуществление одной или нескольких последующих технологических стадий в целях удаления таких остатков с поверхности полимерного или пластмассового упаковочного изделия перед его переработкой для повторного использования.
Согласно одному варианту осуществления, в качестве подходящего адгезионного материала выбирают подходящие клейкие акриловые эмульсионные адгезионные полимеры, которые обладают превосходной адгезией по отношению к широкому разнообразию поверхностей, включая широкое разнообразие полимерных материалов, а также неполимерных материалов (таких как, например, нержавеющая сталь и гофрированный картон). Кроме того, эмульсионные адгезионные полимеры согласно данному варианту осуществления проявляют превосходную когезию и адгезию при низких температурах и в составе многослойных материалов, таких как чувствительные к давлению клейкие этикетки, обеспечивают превосходные характеристики в высокоскоростных операциях, таких как вырубная штамповка, матричное отслаивание и веерообразная складка.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, подходящий клейкий эмульсионный чувствительный к давлению адгезионный полимер включает, на полимеризованной основе и по отношению к суммарной массе полимера, по меньшей мере, один алкилакрилат, содержащий от приблизительно 4 до приблизительно 8 атомов углерода в алкильной группе (например, 2-этилгексилакрилат), алкилакрилат, присутствующий в суммарном количестве, составляющем от приблизительно 35% масс. до приблизительно 60% масс.; по меньшей мере, один виниловый сложный эфир, содержащий от 2 до приблизительно 16 атомов углерода в алкильной цепи кислоты (например, винилацетат), причем виниловый сложный эфир присутствует в суммарном количестве, составляющем от приблизительно 15% масс. до приблизительно 35% масс.; по меньшей мере, один сложный диэфир дикарбоновой кислоты, причем каждая алкильная группа сложного диэфира независимо содержит от приблизительно 6 до приблизительно 12 атомов углерода (например, ди-2-этилгексилмалеат или ди-2-этилгексилфумарат), причем сложные диэфиры присутствуют в суммарном количестве, составляющем от приблизительно 20 до приблизительно 40% масс.; вплоть до приблизительно 5% масс., или даже от приблизительно 1 массового процента до приблизительно 3% масс., ненасыщенной карбоновой кислоты, содержащей от 3 до приблизительно 5 атомов углерода (такой как, например, акриловая и/или метакриловая кислота), причем эмульсионный полимер имеет температуру стеклования, составляющую менее чем приблизительно -30°C, и содержание геля, составляющее от приблизительно 50 до приблизительно 70% масс. полимера.
Соотношения мономеров в таких эмульсионных чувствительных к давлению адгезионных полимерных композициях можно регулировать таким образом, чтобы адгезионный материал имел температуру стеклования, составляющую менее чем приблизительно -30°C или даже менее чем приблизительно -34°C, обеспечивая хороший баланс адгезии и клейкости при комнатной температуре и при низких температурах. Эмульсионные полимеры согласно настоящему изобретению имеют очень широкий температурный интервал стеклования.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, дополнительные подходящие эмульсионные полимеры для использования в качестве адгезионного материала, описаны в патентах США №№ 5164444, 5183459, 5189126, 5264532, 5278227, все описания которых во всей своей полноте включаются в настоящий документ.
Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, подходящий адгезионный материал представляет собой сополимерную композицию, изготавливаемую посредством эмульсионного процесса из смеси реагентов, включающей, по меньшей мере, один алкилакрилатный сложный эфир спирта, содержащего, по меньшей мере, 4 атома углерода в алкильной цепи, по меньшей мере, один полярный мономер и, по меньшей мере, один сополимеризующийся мономер, в качестве которого выбирают метилакрилат, MMA, EA, VAc и сочетания двух или более данных мономеров, причем в реакции участвует агент передачи цепи.
Согласно еще одному варианту осуществления, адгезионная композиция для использования в сочетании с настоящим изобретением представляет собой акриловую эмульсионную полимерную систему, которую составляет сополимер, содержащий от приблизительно 15% масс. до приблизительно 35% масс. винилацетата, от приблизительно 20% масс. до приблизительно 40% масс. ди-2-этилгексилмалеата, от приблизительно 35% масс. до приблизительно 60% масс. 2-этилгексилакрилат и от приблизительно 1% масс. до приблизительно 3% масс. одной или нескольких ненасыщенных карбоновых кислот в расчете на каждые 100 масс. частей полимера, а также от приблизительно 3% масс. до приблизительно 20% масс. кислотного производного канифоли, используемого в качестве повышающего клейкость вещества, и от приблизительно 1% масс. до приблизительно 10% масс. поверхностно-активного вещества на основе канифоли (например, поверхностно-активное вещество на основе этоксилированной канифоли) в расчете на 100 частей адгезионной композиции. Данный адгезионный материал называется AE-3339 в примерах, которые представлены ниже. Такие адгезионные композиции описаны в патенте США № 5385965, описание которого во всей своей полноте включается в настоящий документ посредством данной ссылки.
Согласно еще одному варианту осуществления, адгезионная композиция для использования в сочетании с настоящим изобретением представляет собой акриловый эмульсионный полимер, включающий, на полимеризованной основе по отношению к суммарной массе полимера, по меньшей мере, один алкилакрилат содержащий от приблизительно 4 до приблизительно 8 атомов углерода в алкильной группе (например, 2-этилгексилакрилат), причем алкилакрилат присутствует в суммарном количестве, составляющем от приблизительно 35% масс. до приблизительно 60% масс., по меньшей мере, один виниловый сложный эфир, содержащий от 2 до приблизительно 16 атомов углерода в алкильной цепи кислоты (например, винилацетат), причем, по меньшей мере, один виниловый сложный эфир присутствует в суммарном количестве, составляющем от приблизительно 15% масс. до приблизительно 35% масс., по меньшей мере, один сложный диэфир дикарбоновой кислоты, причем каждая алкильная группа сложного диэфира независимо содержит от приблизительно 6 до приблизительно 12 атомов углерода, (например, ди-2-этилгексилмалеат или ди-2-этилгексилфумарат), причем сложный диэфир присутствует в суммарном количестве, составляющем от приблизительно 20% масс. до приблизительно 40% масс. и вплоть до приблизительно 5% масс. (или даже приблизительно от 1% масс. до 3% масс.) ненасыщенной карбоновой кислоты, которая содержит от 3 до 5 атомов углерода (например, акриловая кислота и/или метакриловая кислота), причем эмульсионный полимер имеет Tg, составляющую менее чем приблизительно -30°C, и содержание геля, составляющее от приблизительно 50% масс. до приблизительно 70% масс. полимера. Соотношения мономеров в таких эмульсионных чувствительных к давлению адгезионных полимерных композициях можно регулировать таким образом, чтобы адгезионный материал имел температуру стеклования, составляющую менее чем приблизительно -30°C или даже менее чем приблизительно -34°C, обеспечивая хороший баланс адгезии и клейкости при комнатной температуре и при низких температурах. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, эмульсионные полимеры имеют очень широкий температурный интервал стеклования. Данный адгезионный материал называется AE-3349 в примерах, которые представлены ниже.
Согласно еще одному варианту осуществления, адгезионная композиция для использования в сочетании с настоящим изобретением представляет собой акриловый эмульсионный чувствительный к давлению латекс, являющийся сополимером, включающим бутилакрилат, 2-этилгексилакрилат и их смеси с ненасыщенной карбоновой кислотой (такой как, например, метакриловая кислота), который стабилизирован нонилфенолполиэтиленгликолем и частично гидролизованным поливиниловым спиртом, имея средний размер частиц, составляющий более чем приблизительно 1 мкм, причем размер частиц составляет от приблизительно 0,5 мкм до приблизительно 3,0 мкм, и температура стеклования (Tg) составляет от приблизительно -48°C до приблизительно -55°C. Данный адгезионный материал называется AE-5044 в примерах, которые представлены ниже.
Согласно еще одному варианту осуществления, адгезионная композиция для использования в сочетании с настоящим изобретением представляет собой гомогенную дисперсию, включающий анионный/неионный эмульсионный чувствительный к давлению латекс, являющийся сополимером, содержащим 2-этилгексилакрилат и другие алкилакрилаты (например, метилакрилат, метилметакрилат, и их смеси) и стирол, по меньшей мере, с одной ненасыщенной карбоновой кислотой и включающим повышающие клейкость вещества, представляющие собой смесь гидрированной канифоли и сложных эфиров таллового масла. Данный адгезионный материал называется DEV-5176LO в примерах, которые представлены ниже.
Согласно еще одному варианту осуществления, адгезионная композиция для использования в сочетании с настоящим изобретением представляет собой акриловый эмульсионный полимер, включающий, по меньшей мере, один акрилатный сложный эфир спирта, содержащего, по меньшей мере, четыре атома углерода, по меньшей мере, один частично растворимый в воде сомономер и, по меньшей мере, один полярный сомономер. Полимеры образуются в присутствии смеси неионных и анионных поверхностно-активных веществ, и средний размер частиц составляет менее чем приблизительно 0,200 мкм, причем размер частиц составляет от приблизительно 0,15 мкм до приблизительно 0,25 мкм. Подходящие алкилакрилаты включают, но не ограничиваются этим, бутилакрилат, 2-EHA и их смеси. Подходящие частично растворимые в воде сомономеры включают, но не ограничиваются этим, метилакрилат, метилметакрилат и их смеси. В одном примере акриловая кислота является полярным сомономером, и с ней используется еще одна карбоновая кислота, такая как метакриловая кислота. Данный адгезионный материал называется AE-3413CC в примерах, которые представлены ниже.
Согласно еще одному варианту осуществления, адгезионная композиция для использования в сочетании с настоящим изобретением представляет собой полимер, изготавливаемый путем сополимеризации множества мономеров в растворе с использованием смеси гексана и толуола, соотношение которых регулируется таким образом, чтобы обеспечивать температуру дефлегмации, составляющую от приблизительно 77°C до приблизительно 84°C. Содержание твердых веществ в процессе полимеризации составляет, как правило, от приблизительно 50% до приблизительно 60% для достижения желательной средневзвешенной молекулярной массы и одновременного обеспечения уровней вязкости, которые можно регулировать в реакторе. Сополимер изготавливают путем сополимеризации смеси мономеров, включающей, по меньшей мере, один мономер, выбранный из алкилакрилатных сложных эфиров, содержащих от приблизительно 4 до приблизительно 12 атомов углерода в алкильной группе, причем один или несколько таких алкилакрилатов присутствуют в суммарном количестве, составляющем от приблизительно 90% масс. до приблизительно 98% масс., и вплоть до приблизительно 5% масс. (например, приблизительно от 1% масс до приблизительно 3% масс.) ненасыщенного полярного акрилатного мономера, который содержит от 3 до 5 атомов углерода и в одном примере, по меньшей мере, одну гидроксильную группу. Такие полимеры можно, если это желательно, после полимеризации подвергать сшиванию, используя нагревание, катализаторы или актиничное излучение. Адгезионные свойства таких композиций можно дополнительно регулировать и модифицировать посредством введения добавок, таких как повышающие клейкость вещества, пластификаторы и т.д. Данный адгезионный материал называется AS-8168PE в примерах, которые представлены ниже.
Согласно еще одному варианту осуществления, адгезионная композиция для использования в сочетании с настоящим изобретением представляет собой полимерный продукт сополимеризации множества мономеров в растворе с использованием смеси гексана и толуола, соотношение которых регулируется таким образом, чтобы обеспечивать температуру дефлегмации, составляющую от приблизительно 70°C до приблизительно 84°C. Содержание твердых веществ в процессе полимеризации может составлять, как правило, от приблизительно 30% до приблизительно 75% для достижения желательной средневзвешенной молекулярной массы и одновременного обеспечения уровней вязкости, которые можно регулировать в реакторе. Сополимер изготавливают путем сополимеризации смеси мономеров, включающей, по меньшей мере, один мономер, выбранный из группы алкилакрилатных сложных эфиров, содержащих от приблизительно 4 до приблизительно 12 атомов углерода в алкильной группе, причем один или несколько таких алкилакрилатных сложных эфиров присутствуют в суммарном количестве, составляющем от приблизительно 65% масс. до приблизительно 80% масс., и, по меньшей мере, один виниловый сложный эфир, содержащий от 2 до приблизительно 16 атомов углерода в алкильной цепи кислоты (например, винилацетат), причем такой вышеупомянутый винилацетат присутствует в суммарном количестве, составляющем от приблизительно 15 до приблизительно 35% масс., и вплоть до приблизительно 5% масс. (или даже приблизительно от 1 до 3%), ненасыщенной карбоновой кислоты, содержащей от 3 до 5 атомов углерода (такой как, например, акриловая кислота и/или метакриловая кислота). Такие полимеры можно, если это желательно, после полимеризации подвергать сшиванию, используя нагревание, катализаторы или актиничное излучение. Адгезионные свойства таких композиций можно дополнительно регулировать и модифицировать посредством введения добавок, таких как повышающие клейкость вещества, пластификаторы и т.д. Данный адгезионный материал называется AS-8045 в примерах, которые представлены ниже.
Согласно одному варианту осуществления, адгезионную композицию для использования в сочетании с настоящим изобретением выбирают на основании того, способно ли щелочное промывание (например, щелочное промывание с использованием NaOH) приводить к тому, чтобы адгезионная композиция растворялась, разлагалась или отделялась от нижележащей полимерной или пластмассовой поверхности без необходимости дополнительных технологических стадий, которые делают нижележащее полимерное или пластмассовое упаковочное изделие подходящим в процессе переработки для повторного использования. Адгезионный материал можно выбирать из группы, которую составляют содержащие растворитель адгезионные материалы, эмульсионные адгезионные материалы, клейкие в холодном состоянии адгезионные материалы, отверждаемые излучением адгезионные материалы и термоплавкие адгезионные материалы или любое сочетание перечисленных выше материалов или сочетание из слоев. Важно удаление максимально возможного количества или даже всей, адгезионной композиции с поверхности полимерного или пластмассового упаковочного изделия, поскольку присутствие примеси адгезионной композиции в типичном процессе переработки для повторного использования, например, PET, может вызывать изменение цвета, помутнение и непригодность переработанного продукта для повторного использования. Кроме того, отчасти вследствие выбора адгезионного материала в настоящем изобретении, сокращается в значительной степени и/или полностью устраняется количество всего материала этикетки, адгезионного материала этикетки и/или поверхностного материала этикетки, которое остается на переработанном для повторного использования изделии. Как известно специалистам в данной области техники, загрязнение потока переработанного для повторного использования полиэтилентерефталата материалом этикетки или поверхностным материалом может вызывать нарушение процесса переработка для повторного использования, возникающее вследствие разнообразных причин (например, чрезмерное помутнение или обесцвечивание, обугливание, волокна/примеси, загрязнение и т.д.). Один документ, посредством которого можно оценивать этикетки и/или поверхностные материалы в отношении совместимости с переработкой PET для повторного использования, представляет собой «Протокол оценки полиэтилентерефталатных термоформованных этикеток и адгезионных материалов на совместимость с переработкой PET для повторного использования»; данный документ от 08 февраля 2011 г. выпустила Ассоциация предприятий по переработке использованных пластмассовых изделий (www.plasticsrecycling.org), и все его содержание во всей своей полноте включается в настоящий документ посредством данной ссылки.
Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается каким-либо одним процесс щелочного промывания. Таким образом, в сочетании с настоящим изобретением можно использовать любой подходящий процесс щелочного промывания. В таких процессах щелочного промывания используют, в том числе, но не ограничиваясь этим, NaOH, KOH, LiOH, MgOH, CaOH или подходящие смеси двух или более данных веществ. Можно также использовать и другие вещества, которые повышают эффективность щелочного раствора, такие как Triton X-100. Triton X-100 (C14H22O(C2H4O)n) представляет собой неионное поверхностно-активное вещество, которое содержит гидрофильную полиэтиленоксидную группу (в среднем в ней содержатся 9,5 этиленоксидных звеньев) и углеводородную липофильную или гидрофобную группу. Углеводородная группа представляет собой 4-(1,1,3,3-тетраметилбутил)-фенильную группу. Данное вещество относится к группе поверхностно-активных веществ, которые продает под наименованием Pluronic компания BASF. Эти вещества представляют собой триблоксополимеры этиленоксида и пропиленоксида. Часть, которую составляет этиленоксид, является более гидрофильной, чем часть, которую составляет пропиленоксид. Triton X-100 имеет очень высокую вязкость при комнатной температуре, и, таким образом, его наиболее легко использовать после слабого нагревания. Следует отметить, что отдельные перерабатывающие предприятия используют множество особых добавок и процессов (таких как перемешивание, воздушное разделение, механическое разделение, химические добавки, влажное измельчение, фрикционное промывание, промывание под давлением). Представленные выше примеры используются в обобщенном процессе и могут различаться при переходе от одного предприятия к другому предприятию данной отрасли.
Рассмотрим чертежи, где фиг. 1 представляет иллюстрацию поперечного сечения поверхностного покрытия и/или этикетки 100 для использования на полимерном или пластмассовом упаковочном изделии в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Этикетка 100 включает, по меньшей мере, два слоя, печатный или поверхностный слой 102 и адгезионный слой 104. Адгезионный слой 104, как обсуждается выше, выбирают на основании того, способно ли щелочное промывание (например, щелочное промывание с использованием NaOH) приводить к тому, чтобы адгезионная композиция растворялась, разлагалась или отделялась от нижележащей полимерной или пластмассовой поверхности без необходимости дополнительных технологических стадий, которые делают нижележащее полимерное или пластмассовое упаковочное изделие подходящим в процессе переработки для повторного использования. Следует отметить, что этикетка 100 может дополнительно включать один или несколько слоев, в том числе дополнительных к описанным слоев, или одну или несколько добавок в каком-либо присутствующем слое, которые упрощают использование щелочного промывания для отделения этикетки 100 от упаковочного материала, который подлежит переработке для повторного использования, или которые придают этикетке 100 полезные свойства или характеристики (например, пригодность для печати, устойчивость к ультрафиолетовому излучению и т.д.). Некоторые примеры дополнительных материалов таких добавок включают, но не ограничиваются этим, поверхностно-активные вещества любого подходящего типа (например, одно или несколько неионных поверхностно-активных веществ, один или несколько ионных поверхностно-активных веществ, одно или несколько амфотерных поверхностно-активных веществ, или подходящие сочетания этих веществ), полимерные технологические добавки, защищающие от ультрафиолетового излучения вещества и т.д. Как отмечено выше, подходящее поверхностно-активное вещество представляет собой Triton X-100.
Один дополнительный фактор, который следует рассматривать при выборе адгезионной композиции для слоя 104, представляет собой значение pH адгезионного материала. Согласно одному варианту осуществления, значение pH адгезионного материала следует выбирать таким образом, чтобы щелочной материал, используемый в процессе промывания, был способен заставлять адгезионную композицию растворяться, разлагаться или отделяться от нижележащей полимерной или пластмассовой поверхности без необходимости дополнительных технологических стадий, которые делают нижележащее полимерное или пластмассовое упаковочное изделие подходящим в процессе переработки для повторного использования. Согласно одному варианту осуществления, значение pH адгезионного материала составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 7. Одно преимущество выбора адгезионного материала, у которого значение pH находится в желательном интервале, заключается в том, что адгезионный материал, имеющий желательное значение pH, будет способствовать ускоренному разложению адгезионного материала. В кислой среде следует выбирать адгезионный материал, у которого значение pH находится в щелочном интервале (т.е. в интервале от приблизительно 7 до приблизительно 14).
Один дополнительный фактор, который следует рассматривать при выборе адгезионной композиции для слоя 104, представляет собой состав адгезионного материала. Адгезионные материалы, имеющие состав, который придает гидрофильные свойства, будут обеспечивать абсорбцию воды и щелочного раствора, а также способствовать ускоренному разложению адгезионного материала.
Согласно еще одному варианту осуществления, в качестве дополнения или альтернативы, можно рассматривать использование свойство клейкости в горячем состоянии адгезионной композиции в сочетании с настоящим изобретением. Согласно одному варианту осуществления, используется адгезионная композиция с низкой адгезией при повышенной температуре, составляющей более чем приблизительно 50°C, или более чем приблизительно 55°C, или более чем приблизительно 60°C, или даже более чем приблизительно 65°C. Преимущество использования адгезионной композиции с низкой адгезией или клейкостью при повышенной температуре заключается в том, что это упрощает отделение адгезионного материала, когда полимерное или пластмассовое упаковочное изделие вводят в начальный процесс удаления упаковочной этикетки перед переработкой для повторного использования нижележащей упаковки.
Что касается выбора материала для поверхностного или печатного слоя 102, слой 102 выбирают таким образом, чтобы его проницаемость, целостность и/или химические свойства позволяли щелочному материалу, используемому для удаления поверхностного покрытия 100, в достаточной степени проникать насквозь и/или вокруг слоя 102 м в результате этого воздействовать на соответствующее количество адгезионного материала в слое 104, чтобы способствовать разложению или удалению слоя 104 с поверхности полимерного или пластмассового упаковочного изделия в течение желательного периода времени. Кроме того, рассматривается такой выбор слоя 102, который обеспечивает, что выбранный материал, используемый в слое 102, позволяет удалять в достаточной степени или полностью адгезионную композицию в слое 104 с поверхности полимерного или пластмассового упаковочного изделия.
С учетом вышеизложенного, согласно одному варианту осуществления, слой 102 выбирают таким образом, чтобы устойчивость размеров при нагревании, которая определяет тип, величину и направление усадки, обеспечивала усадку слоя 102 при воздействии тепла в ходе процесса щелочного промывания, и чтобы в результате этого обеспечивался дополнительный доступ к адгезионной части поверхностного покрытия в соответствии с настоящим изобретением. Согласно одному варианту осуществления, материал слоя 102 выбирают из материалов, которые являются проницаемыми для щелочных веществ, используемых в ходе процесса щелочного промывания. Например, материал слоя 102 можно выбирать из определенных бумажных материалов, которые допускают сквозное проникновение веществ, используемых при щелочном промывании (NaOH, вода и т.д.). В качестве альтернативы, слой 102 может быть также предназначен для растворения или разложения при осуществлении стадия щелочного промывания, в результате которого открывается верхняя поверхность адгезионного слоя 104 для воздействия щелочи, и, таким образом, происходит его удаление с поверхности полимерного или пластмассового упаковочного изделия.
Согласно одному варианту осуществления, слой 102 можно изготавливать, используя любой подходящий полимерный или бумажный поверхностный материал. Такие материалы включают, но не ограничиваются этим, бумажные поверхностные покрытия, олефиновые полимерные поверхностные покрытия (например, полиэтиленовые поверхностные покрытия, полипропиленовые поверхностные покрытия и т.д.), полистирольные поверхностные покрытия, или полиэтилентерефталатные поверхностные покрытия. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, если это является возможным и/или желательным, поверхностные покрытия могут быть одноосно-ориентированными, двуосно-ориентированными, или неориентированными.
Согласно еще одному варианту осуществления, как должно быть очевидным для специалистов в данной области техники, слой 102 можно изготавливать, используя два или более отдельных слоев, причем материал, используемый для изготовления каждого слоя, соответствующим образом выбирают из материалов, перечисленных выше. Например, согласно одному такому варианту осуществления, слой 102 может содержать верхний покровный слой, печатный слой, а также любое подходящее число промежуточных слоев (не представлены на чертеже) перед прикреплением к верхней или внешней поверхности адгезионного слоя 104. Согласно еще одному варианту осуществления, нижняя поверхность адгезионного слоя 104 может содержать прикрепленный к ней антиадгезионный материал перед нанесением поверхностного покрытия 100 на желательную поверхность полимерного или пластмассового упаковочного изделия. Подходящие антиадгезионные материалы включают, но не ограничиваются этим, материалы, подробно описанные в патенте США № 5084317, причем данное описание во всей своей полноте включается в настоящий документ. Согласно еще одному варианту осуществления, любые подходящие антиадгезионные материалы или структуры, которые предназначены для использования с поверхностными покрытиями на олефиновой, бумажной или полиэтилентерефталатной основе, можно использовать в сочетании с настоящим изобретением. Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, антиадгезионный материал может представлять собой любой материал, который является подходящим для использования в сочетании с одним или несколькими адгезионными материалами, описанными выше.
С учетом этого, настоящее изобретение не ограничивается исключительно вариантом осуществления, проиллюстрированным на фиг. 1. Напротив, можно использовать любую структуру или структуру поверхностного покрытия в сочетании с настоящим изобретением при том условии, что слои, расположенные выше адгезионного слоя 104, допускают, что щелочь при промывании проникает насквозь, что способствует разложению или удалению слоя 104 с поверхности полимерного или пластмассового упаковочного изделия в течение желательного периода времени. Например, фиг. 2 представляет иллюстрацию поперечного сечения поверхностного покрытия и/или этикетки для использования на полимерном или пластмассовом упаковочном изделии в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Что касается поверхностного покрытия 200 на фиг. 2, это поверхностное покрытие 200 дополнительно содержит верхний покровный слой 206 и антиадгезионный материал 208. Как должно быть очевидным для специалистов в данной области техники, толщину любых слоев в поверхностных покрытиях согласно настоящему изобретению можно изменять, насколько это является желательным, в зависимости от ряда факторов, включая, но не ограничиваясь этим, структуру поверхностного покрытия, предполагаемое использование поверхностного покрытия, материалы, используемые для изготовления разнообразных слоев поверхностного покрытия, и т.д.
Согласно еще одному варианту осуществления, нижняя поверхность адгезионного слоя 104 может содержать изготовленные в ней разнообразные микроканалы, которые обеспечивают приток щелочного вещества под действием капиллярных сил, когда адгезионный слой помещают на поверхность полимерного или пластмассового упаковочного изделия. Согласно еще одному варианту осуществления, внешняя поверхность или часть поверхности полимерного или пластмассового упаковочного изделия может содержать разнообразные микроканалы, микроотверстия, микрополости или микроструктуры, которые обеспечивают приток щелочного вещества под действием капиллярных сил к нижней стороне адгезионного слоя 104, когда сверху помещают слой 104. Согласно еще одному варианту осуществления, поверхность полимерного или пластмассового упаковочного изделия может иметь соответствующую шероховатость, чтобы, таким образом, способствовать удалению адгезионного материала в слое 104 с поверхности полимерного или пластмассового упаковочного изделия. Согласно еще одному варианту осуществления, в составе полимерного или пластмассового упаковочного изделия может содержаться антиадгезионное вещество (например, кремнийорганическое антиадгезионное вещество), которое может активироваться посредством щелочного промывания и, таким образом, способствовать удалению адгезионного материала в слое 104 с поверхности полимерного или пластмассового упаковочного изделия.
Согласно еще одному варианту осуществления, можно выбирать слой 102, имеющий усадку размеров в машинном направлении и/или в поперечном направлении, таким образом, чтобы способствовать открытию дополнительной площади поверхности адгезионного слоя 104 для воздействия посредством щелочного промывания.
Как должно быть очевидным для специалистов в данной области техники, можно принимать во внимание один или несколько из перечисленных выше конструкционных факторов при проектировании поверхностного покрытия или этикетки в соответствии с настоящим изобретением. Кроме того, если поверхностное покрытие или этикетка согласно настоящему изобретению содержит множество слоев поверх своего адгезионного слоя, то каждый отдельный слой спроектирован с учетом одного или нескольких из перечисленных выше факторов.
В свете вышеизложенного, согласно одному варианту осуществления, настоящее изобретение делает возможным удаление поверхностного покрытия или этикетки с поверхности полимерного или пластмассового упаковочного изделия посредством использования единственной стадии щелочного промывания.
Далее подробно обсуждаются разнообразные примеры в пределах объема настоящего изобретения. Следует отметить, что объем настоящего изобретения не следует истолковывать как ограниченный природой примеров, обсуждаемых ниже. Напротив, объем настоящего изобретения следует истолковывать в широком смысле в свете всех разнообразных вариантов осуществления, которые подробно описаны в настоящем документе.
Примеры сочетаний поверхностного покрытия и адгезионного материала:
(1) прямое термическое бумажное поверхностное покрытие DT200HD с адгезионным материалом AE-3339;
(2) полуглянцевое бумажное поверхностное покрытие 54# SG с адгезионным материалом AE-3339;
(3) прямое термическое бумажное поверхностное покрытие DT200HD с адгезионным материалом AE-3349;
(4) белое двуосно-ориентированное полипропиленовое (BOPP) пленочное поверхностное покрытие толщиной 2,6 мил (66 мкм) с адгезионным материалом AE-3349;
(5) мелованное глянцевое бумажное поверхностное покрытие 60# с адгезионным материалом AE-3349;
(6) прямое термическое DT200HD бумажное поверхностное покрытие с адгезионным материалом DEV-5176LO;
(7) прозрачное двуосно-ориентированное полипропиленовое (BOPP) пленочное поверхностное покрытие толщиной 2,0 мил (51 мкм) с адгезионным материалом AE-3413CC;
(8) полуглянцевое бумажное поверхностное покрытие 54# SG с адгезионным материалом AE-5044;
(9) прямое термическое бумажное поверхностное покрытие DT200HD с адгезионным материалом AE-5044;
(10) белый двуосно-ориентированный полипропилен (BOPP) толщиной 2,3 мил (58 мкм) с адгезионным материалом AE-3339;
(11) печатное бумажное поверхностное покрытие с прямой термической переводной печатью DT200HD с адгезионным материалом AE-3349;
(12) белое двуосно-ориентированное полипропиленовое (BOPP) пленочное поверхностное покрытие толщиной 2,6 мил (66 мкм) с адгезионным материалом AE-3339;
(13) покрытие Crystal FasClear от компании Avery Dennison с адгезионным материалом AE-3413CC;
(14) прозрачный двуосно-ориентированный полипропилен (BOPP) толщиной 2,0 мил (51 мкм) с адгезионным материалом AS-8168PE;
(15) прозрачный двуосно-ориентированный полипропилен (BOPP) толщиной 2,0 мил (51 мкм) с адгезионным материалом AS-8045;
(16) белый двуосно-ориентированный полипропилен (BOPP) толщиной 2,3 мил (58 мкм) с адгезионным материалом AS-8168PE;
(17) белый двуосно-ориентированный полипропилен (BOPP) толщиной 2,3 мил (58 мкм) с адгезионным материалом AS-8045;
(18) прозрачный двуосно-ориентированный полипропилен (BOPP) толщиной 2,0 мил (51 мкм) с адгезионным материалом AS-8045; и
(19) прозрачный двуосно-ориентированный полипропилен (BOPP) толщиной 2,0 мил (51 мкм) с адгезионным материалом DEV-5176LO.
Приведенная ниже таблица 1 подробно представляет различные данные и наблюдения в отношении перечисленных выше примеров (1)-(11).
В качестве щелочного раствора в представленных выше примерах использовали 3 галлона (11,36 л) раствора 0,1% NaOH, который изготавливали путем смешивания 125 г гранулированного NaOH и 12376 г воды в контейнере объемом 5 галлонов (18,93 л), добавляя воду 12 раз по 1000 г, а затем оставшиеся 376 г воды. После этого вводили поверхностно-активное вещество в концентрации 0,3 об.% путем добавления 35,27 мл Triton X-100 к 100 г воды и последующего введения полученной в результате смеси в 0,1% раствор NaOH в контейнере объемом 5 галлонов (18,93 л). Полученную в результате смесь затем медленно перемешивали, используя стальной стержень (лопасть для перемешивания), чтобы обеспечить равномерное распределение Triton X-100 в растворе.
Перечисленные выше образцы исследовали согласно исследовательской процедуре, которую определяет «Протокол оценки полиэтилентерефталатных термоформованных этикеток и адгезионных материалов на совместимость с переработкой PET для повторного использования»; данный документ от 08 февраля 2011 г. выпустила Ассоциация предприятий по переработке использованных пластмассовых изделий (APR).
Далее определяли, проявляют ли полистирол (PS) и полиэтилентерефталат (PET) различные усадочные свойства при воздействии щелочного раствора в условиях, используемых в процессе щелочного промывания. Как будет обсуждаться ниже, определяли, что PS не изменяется физически таким же образом, как ведет себя PET в горячей щелочной ванне. PET показывает значительное уменьшение площади (42,25%), в то время как в случае PS это уменьшение является весьма незначительным (1,04%). Кроме того, следует отметить, что PET искривляется в большей степени при воздействии тепла по сравнению с PS, который проявляет весьма незначительное искривление (см. фиг. 3). Изменение площади обрабатываемой поверхности, наблюдаемое в случае образца PET, обусловлено способностью щелочи достигать границы раздела между подложкой и адгезионным материалом в структуре этикетки.
Экспериментальная процедура
Сначала из полиэтилентерефталатных и полистирольных контейнеров вырезали имеющие надлежащие размеры квадратные образцы для исследования, используя вырубные штампы 2×2 дюйма (50,8×50,8 мм). Исследуемые образцы вырезали из плоской секции крышки подходящего контейнера. После этого щелочной раствор наливали в лабораторные стаканы объемом 100 мл и нагревали на горячей плитке в условиях окружающей среды до тех пор, пока температура не достигала 85°C. Образцы затем подвешивали с помощью канцелярских зажимов на стержень из нержавеющей стали. После этого образцы выдерживали в щелочном промывочном растворе в течение 15 минут. Образцы извлекали из щелочного раствора и промывали водой для удаления любых остатков раствора. Образцы измеряли с помощью линейки с точностью до 1/32 дюйма (0,79 мм). Полученные данные представлены ниже в таблице 2.
Площадь каждого образца вычисляли, умножая основание образца на его высоту. Измерения материала осуществляли после его искривления, и использовали среднее значение результатов измерения всех трех образцов (см. таблицу 3). Фиг. 3 представляет визуальные изображения искривления.
Исходная площадь всех образцов составляла 4 квадратных дюйма (6,45 см2). Изменение площади вычисляли в процентном отношении путем деления исходной площади образца за вычетом средней площади образца на исходную площадь образца и получали 42,25% для PET и 1,04% для PS.
Как проиллюстрировано на фиг. 3, образцы в левом столбце представляют собой образцы PS, и образцы в правом столбце представляют собой образцы PET. Следует отметить величину искривления в случае PET, а также изменение площади. С учетом представленных выше данных, PET и PS проявляли различающуюся в значительной степени усадку при воздействии щелочи. Это обусловлено величиной площади поверхности, которая открывается на границе раздела между адгезионным материалом и подложкой в ходе процесса переработки для повторного использования. Таким образом, скорость и степень происходящей усадки PET влияют на то, как функционируют материалы на данной подложке. Кроме того, PET проявляет искривление в большей степени, чем PS, что может также влиять на успешное использование этикетки и адгезионного материала в таком сочетании.
Далее перечислены устройства и материалы, используемые в процессе исследований в представленных выше примерах. Ванна OakTon Stable Temp со щелочным раствором при 85°C; устройство для изменения усадочного натяжения в ванне при постоянной температуре DEK-TRON DCS-205CTB от Scientific Instruments; ванна IsoTemp 210 от Fischer Instruments со щелочным раствором; динамометрическое устройство MTS 500/S Instron; полиэтилентерефталатные панели (деталь номер STND198418) от Sabic Polymer Shapes; полиэтилентерефталатные термоформованные материалы от ParPack (отгружает Национальная ассоциация производителей полиэтилентерефталатных контейнеров NAPCOR) согласно протоколу APR. Исследуемые материалы представляли собой следующие: (a) полиэтилен (PE) 85 с адгезионным материалом AE-3413CC; (b) полиэтилен (PE) 85 с адгезионным материалом AE-3349; (c) полиэтилен (PE) с адгезионным материалом AE-3339; (d) белый двуосно-ориентированный полипропилен (BOPP) с адгезионным материалом AE-3339; (e) белый двуосно-ориентированный полипропилен (BOPP) с адгезионным материалом AE-3349; (f) прозрачный двуосно-ориентированный полипропилен (BOPP) с адгезионным материалом AE-3413CC; (g) прозрачный двуосно-ориентированный полипропилен (BOPP) с адгезионным материалом AE-3339; (h) прозрачная пленка GCX NTC*B; (i) белая пленка GCX NTC*B; (j) прозрачная пленка GCX NPS*B и (k) белая пленка GCX NPS* B.
В качестве щелочного раствора в данных примерах использовали 3 галлона (11,36 л) раствора 0,1% NaOH, который изготавливали путем смешивания 125 г гранулированного NaOH и 12376 г воды в контейнере объемом 5 галлонов (18,93 л), добавляя воду 12 раз по 1000 г, а затем оставшиеся 376 г воды. После этого вводили поверхностно-активное вещество в концентрации 0,3 об.% путем добавления 35,27 мл Triton X-100 к 100 г воды и последующего введения полученной в результате смеси в 0,1% раствор NaOH в контейнере объемом 5 галлонов (18,93 л). Полученную в результате смесь затем медленно перемешивали, используя стальной стержень (лопасть для перемешивания), чтобы обеспечить равномерное распределение Triton X-100 в растворе.
После этого наносили этикетки размерами 2×4 дюйма (50,8×101,6 мм) и осуществляли вырубку штампом, используя, соответственно, экспериментальное устройство для нанесения покрытия и пресс Mark Andy. Этикетку вручную наносили на подложку и прокатывали валиком массой 4 фунта (1814 г). Зажимы устанавливали на каждую панель размерами 2×6 дюймов (50,8×152,4 мм) (5 образцов), затем их надевали на стержень из нержавеющей стали, используемый в качестве опоры. Данный стержень помещали над отверстием ванны, содержащей описанный выше щелочной раствор при температуре 85°C, и выдерживали в течение 6 минут. Наблюдения осуществляли после истечения 6 минут, и образцы (если они не полностью отделялись от подложки) помешали в динамометрическое устройство Instron, и осуществляли отслаивание под углом 180° для измерения силы адгезии при отделении от подложки. Величины силы, необходимой для отслаивания разнообразных этикеток от соответствующих подложек, представлены на фиг. 4 (следует отметить, что подложки для отслаивания под углом 180° представляли собой PE 85 на AD-3413CC и белый BOPP на AE-3349).
После этого образцы пленки помещали в устройство DEK-TRON DCS-205CTB, и измеряли усадочное натяжение пленки в машинном направлении (MD) и в поперечном направлении (CD). Полученную в результате силу для адгезионного материала затем сравнивали с соответствующим значением для пленки.
Образцы, содержащие PE 85/AE-3339 PE 85/AE-3413CC, PE 85/AE-3339, прозрачный BOPP/AE-3339, GCX NPS* B/AE-3339, прозрачный BOPP/AE-3413CC и белый BOPP/AE-3349, помещали на полиэтилентерефталатные термоформованные материалы и выдерживали в щелочном растворе при 85°C. В течение 4 минут большинство образцов отделялись от подложек и всплывали на поверхность щелочного раствора. Пленка PE 85 представляет собой полученную раздувом неориентированную полиэтиленовую пленку от компании Nordenia (Джексон, штат Миссисипи). Как отмечено выше, пленка PE 85 не представляет собой пленку, ориентированную, по меньшей мере, в одном направлении, и все же образует структуру поверхностного покрытия в соответствии с настоящим изобретением, которая преодолевает силу адгезионное удерживания. Эти результаты являются существенными и неожиданными. Следует отметить, что после этого первого исследования образцы полиэтилентерефталатного термоформованного материала проявляли искривление и усадку (см. фиг. 5).
На основании представленных выше результатов было сделано теоретическое предположение, что механизм удаления представлял собой именно искривление и усадку подложки из полиэтилентерефталатного термоформованного материала, а не сила усадки пленки. На данной стадии использовали полиэтилентерефталатные панели толщиной 1/8 дюйма (3,175 мм), и исследование повторяли. Когда использовали полиэтилентерефталатные панели, большинство из перечисленных выше сочетаний пленок и адгезионных материалов не удалялись в течение 6 минут при 85°C в щелочной ванне. Сами полиэтиленнтерефталатные панели действительно слегка изгибались, но не проявляли усадку и искривление в такой высокой степени, как описанные выше полиэтилентерефталатные термоформованные материалы. Удаляемые образцы представляли собой AE-3339, в которых содержался компонент, представляющий собой поверхностно-активное вещество на основе канифоли с определенной температурой помутнения, таким образом, что оно находится в состоянии воскообразного твердого вещества при комнатной температуре, но превращается в жидкость при 110°F (43,33°C). Когда этикетка погружается в теплую воду, этот воск на основе канифоли превращается в жидкость и фиксирует этикетку на границе раздела адгезионного материала и бутылки.
После этого образцы извлекали для исследования адгезии при отслаивании под углом 180°, а также получали отдельные образцы пленок для определения усадочной силы и усадочного натяжения пленок. Как показывает график на фиг. 4, сила усадки пленок, очевидно, является значительно меньше, чем сила адгезии при отслаивании. В таком случае сила усадки пленки не преодолевается силой адгезионного удерживания, как указано в патенте США № 6680097. Без намерения следовать какой-либо теории, считается, что полиэтилентерефталатные изделия представляют собой движущую силу, которая преодолевает силу адгезии.
В случае адгезионного материала AE-3349 при силе, составляющей 2,91 фунта (12,94 Н), требуется сила полиэтилентерефталатного термоформованного материала в машинном направлении (MD) + сила полиэтилентерефталатного термоформованного материала в поперечном направлении (CD) + сила пленки (1,934+0,859+0,073=2,9). Однако, как можно видеть, термоформованный материал обеспечивает приблизительно 97% силы, требуемой для преодоления силы адгезии. Можно сделать естественный вывод, что механизм в значительной степени зависит от полиэтилентерефталатного изделия, а не от поверхности пленки вследствие весьма незначительного вклада в силу, который вносит поверхность.
Результаты исследования пленок с нанесенными адгезионными материалами на полиэтилентерефталатные термоформованные материалы, которые удаляли в течение 6 минут при 85°C в щелочной ванне, показывают, что при использовании раздувной полиэтиленовой пленки PE 85, которая является неориентированной, ориентация пленки, по меньшей мере, в одном направлении не представляет собой критический механизм удаления этикетки, как предполагалось ранее. Это обнаруженное явление является значительным и неожиданным.
Для преодоления взаимодействия подложки и пленочного покрытия требуется подложка, которая имеет достаточную толщину, чтобы не подвергаться усадке и искривлению. Для исследования отслаивания используется полиэтилентерефталатная панель толщиной 1/8 дюйма (3,175 мм), поставляемая компанией Sabic Polymer Shapes (изделие номер STND198418I). Затем образцы повторно наносили на полиэтилентерефталатная панель и исследовали в щелочном растворе. В данном случае следует отметить, что полиэтиленовая панель не подвергается усадке и/или искривлению в такой высокой степени, как термоформованный материал, и что этикетки удаляются не так быстро как раньше. Единственное исключение представляют собой образцы адгезионного материала AE-3339. Данный адгезионный материал предназначен для отклеивания при температуре, составляющей приблизительно 110°F (°C). Данное наблюдение остается верным и не зависит от усадочного натяжения пленки, действующего на адгезионный материал, поскольку PE 85 успешно отделяется с этим адгезионным материалом.
На данной стадии этикетки с адгезионным материалом выдерживали в щелочном растворе в течение 6 минут при 85°C, а затем осуществляли исследование адгезии при отслаивании под углом 180°, чтобы определить силу адгезии после воздействия щелочи. После этого исследовали несколько пленок (с адгезионным материалом и без него) в щелочной ванне и определяли усадочное натяжение пленок от начала до конца (в течение суммарного шестиминутного периода).
Результаты представлены в таблицах и на графике (фиг. 4). Результаты, представленные на фиг. 4, четко показывают, что усадочное натяжение пленок является значительно меньше, чем сила адгезии при отслаивании. Это приводит к выводу, что описанный выше механизм является технически ошибочным, поскольку предшествующая теория утверждает, что сила усадки пленки должна быть выше и превышать силу адгезии, чтобы можно было быстро удалять этикетку.
Снова при рассмотрении искривления и/или усадки термоформованных материалов и данных на фиг. 4 становится очевидным, что полиэтилентерефталатные изделия представляют собой движущую силу, которая преодолевает адгезию на поверхности пленки.
Проведено исследование для определения силы адгезии при отслаивании под углом 180° от поверхности известной подложки в переменных условиях (т.е. продолжительность выдерживания, среда и т.д.). Как правило, исследование отслаивания под углом 180° используется для покрытых пленкой многослойных материалов; однако покрытые пленкой многослойных материалов с удаляемым адгезионным материалом необходимо исследовать при отслаивании под углом 90° (см. стандартную технологическую процедуру SOP 06.04.183 компании Sintech для исследования адгезии при отслаивании под углом 90°).
Сила отслаивания, необходимая для удаления адгезионного нанесенного образца в направлении под углом 180° после нанесения с приложением определенного давления при известной скоростью к известной подложкой в течение определенного времени выдерживания. Единицы представляют собой фунты на дюйм (2,54 см) ширины образца. В процессе исследования скорость направляющей головки составляла 12 дюймов в минуту (5,08 мм/с).
Для исследования использовали следующее оборудование: устройство для исследования при растяжении с постоянной скоростью модели 500/S1 или 1/G1 от компании Sintech; исследование подложки, подлежащей очистке от нанесенного образца согласно методу исследования ARC для очистки панелей (TM115 & TM 116); очищающие салфетки Kimwipes; гептан; ацетон; изопропиловый спирт; и образцы с размерами 1×8 дюймов (25,4×203,2 мм), вырезанные штампом в машинном направлении.
Подробное описание технологических стадий исследования. – Стягивают антиадгезионный материал с размерами 1×8 дюймов (25,4×203,2 мм), открывая приблизительно 4 дюйма (101,6 мм) адгезионного материала и сдвигают в продольном направлении, очищая исследуемую панель. После этого устанавливают на скатывающее устройство и скатывают один раз вверх и обратно. Выдерживают образец согласно определенным индивидуальным требованиям, т.е. в течение 15 минут +/-1 минута, 24 часов и т.д. После этого устанавливают расстояние между верхним и нижний зажимом, чтобы фиксировать образец (верхний зажим должен находиться на 1 дюйм (2,54 см) выше подложки во избежание опасности защемления). После этого нажимают кнопку пуска (на устройствах Sintech 1 и 4 необходимо щелкнуть перезагрузку мотора в нижней правой части экрана). После этого щелкают кнопку образца, вводят идентификационный номер образца (ID) и номер заявки на технические изменения (ECR) или другую информацию для идентификации и щелкают кнопку подтверждения. После этого помещают нижнюю часть подложки в нижний зажим, закрывают зажим, отводят назад свободный конец исследуемого образца и вставляют его в верхний зажим. Убеждаются, что оба зажима расположены надлежащим образом (верхний зажим должен находиться на 1 дюйм (2,54 см) выше подложки во избежание опасности защемления). Закрывают зажим.
После этого щелкают кнопку работы. Направляющая головка автоматически перемещается в наиболее высокое положение до тех пор, пока образец не отслаивается от подложки, или поверхностное покрытие не отрывается. Устройство Sintech автоматически возвращается вниз в исходное положение. После этого появляется кнопка, и требуется ввести режим обрыва, щелкнуть кнопку обрыва и щелкнуть кнопку подтверждения, а затем записать файл. Так результаты сохраняются в каталоге. Щелкают кнопку печати, а затем кнопку подтверждения результатов исследования. Устройство Sintech автоматически возвращается вниз в исходное положение. Повторяют стадии, начиная с помещения нижней части подложки в нижний зажим, а затем выполняют последующие стадии до тех пор, пока не будут исследованы все образцы.
Запись режима удаления. – CL = чистое удаление – образец полностью удаляется (согласно визуальным наблюдениям), не оставляя никаких следов адгезионного материала на панели. SP = расщепление – адгезионная пленка расщепляется в процессе исследования, оставляя полную пленку на панели и поверхностном покрытии. Данное наблюдение показывает когезионное разрушение. TR = перенос – адгезионный материал чисто удаляется (согласно визуальным наблюдениям) с поверхностного покрытия в процессе исследование, оставляя пленку адгезионного материала на панели. Данное наблюдение показывает разрушение адгезионного соединения с поверхностным покрытием. M = смешанное удаление – адгезионный материал чисто удаляется в случайных местах с поверхностного покрытия и исследуемой панели таким образом, что следы адгезионного материала на одной поверхности оказываются противоположными чистым участкам на другой поверхности, а также наблюдаются когезионно расщепленные участки. Комбинированные режимы удаления записывают в форме приблизительного процентного соотношения. ST = пятно – адгезионный материал удаляется с панели, но оставляет панель визуально обесцвеченной в местах адгезионного контакта. JP = прерывистое удаление – быстрое, скачкообразное или прерывистое отслаивание. FT = разрыв поверхностного покрытия – бумажное или пленочное поверхностное покрытие разрывается в процессе исследование. FP = расщепление поверхностного покрытия – волокна выщипываются из бумажного поверхностного покрытия. Кроме того, записываются любые аспекты удаления, которые влияют на результаты исследования. Примеры представляют собой расщепление бумаги, расслаивание, чрезмерное растяжение поверхностного покрытия и т.д.
Хотя выше представлены, в соответствии с патентным законодательством, наилучший вариант и другие определенные варианты осуществления настоящего изобретения, объем настоящего изобретения ограничивается не этими вариантами, но объемом прилагаемой формулы изобретения. По существу, и другие варианты в пределах идеи и объема настоящего изобретения являются возможными и понятными для специалистов в данной области техники.
Реферат
Группа изобретений относится к поверхностно-адгезионной композиции (вариантам) и к способу удаления поверхностно-адгезионной структуры, содержащей поверхностные покрытия и/или упаковочные этикетки. Такие композиции, поверхностные покрытия и/или этикетки предназначены для повышения пригодности к переработке для повторного использования пластмассового изделия. Изделия изготавливают из любого подходящего полимера или смеси полимеров (таких как, полиэтилентерефталат (PET), полиэтилен высокой плотности (HDPE), поливинилхлорид (PVC), полиэтилен низкой плотности (LDPE), полипропилен (PP), полистирол (PS) или все другие типы пластмасс), или даже стеклянных бутылок. Способ удаления адгезионной композиции включает направления на переработку изделия с приклеенной поверхностно-адгезионной структуры и обработка изделия раствором для отсоединения содержащих ее поверхностных покрытий и/или упаковочных этикеток с пластмассового изделия, которое подлежит переработке для повторного использования. Технический результат, достигаемый при использовании группы изобретений, заключается в том, чтобы усовершенствовать поверхностно-адгезионное покрытие и/или этикетки, обеспечивающие производительный и экономичный процесс переработки для повторного использования пластмассовых или полимерных изделий. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил.
