新型標籤層壓物及其新型紙襯底的製作方法

2023-04-26 12:14:56

專利名稱：新型標籤層壓物及其新型紙襯底的製作方法
背景技術：
本發明涉及標籤層壓物，即用於形成壓敏和熱敏標籤的層壓物。另外，本發明也涉及特別用於形成該層壓物的隔離襯墊和特別用於形成該隔離襯墊的襯底紙或襯底。
壓敏標籤典型地由整卷的層壓物構成，該層壓物由連續的標籤層和隔離襯墊組成。標籤層由面料如紙加粘接劑構成，而隔離襯墊由配有添加劑的紙襯底或襯底紙組成。該添加劑在隨後的標籤-粘貼操作中便於分離標籤。
為了由該層壓物製得標籤，首先按標籤的式樣印刷標籤面料，隨後通過附著在隔離襯墊表面上的面料和粘接劑衝切層壓物從而形成附載在隔離襯墊上的各個標籤。隨後抽出其是面料層一部分、但不是標籤形成部分並包圍各標籤的襯質料從而留下附載在隔離襯墊上的大量、間斷的標籤。接著手工或用自動標籤粘貼操作取下各標籤。在一些情況下，整卷的層壓物在一步或多步前述標籤形成步驟之前被分成各層壓物片。
現代標籤層壓物最重要的兩個特性是矽氧烷的固化性和持久性。矽氧烷的固化性是指當與紙襯底表面上存在的化學物質接觸時所粘貼上的矽氧烷隔離劑適當固化的能力。矽氧烷持久性是指在液體矽氧烷隔離劑固化前紙襯底耐液體矽氧烷隔離劑滲透的能力。如果隔離劑沒有很好的固化，或隔離劑滲透到紙襯底中太多，將紙襯底與標籤粘接劑隔開的固化後的隔離劑就不能很好地發揮作用。結果，標籤或太松或太緊地置於隔離襯墊上以至於在進一步的處理步驟中不能很好地發揮作用。
標籤層壓物的另一個重要特性是其層的平整性，在許多場合下，希望標籤層壓物放在支撐表面上時基本保持平整。不管是單獨放置，還是成批堆放。然而大多數的標籤商購層壓物當環境發生明顯變化時就會彎曲或捲曲。例如，當溼度增加或減少時，一些層壓物就會捲曲。當加熱到高溫如在某些雷射印刷機中經受高溫時，另外一些層壓物也會捲曲，例如，在隨後的標籤製作和標籤粘貼步驟中發生機械受壓時，一些標籤層壓物也會捲曲。
人們曾經做過一些嘗試以求使標籤層壓物表現出優異的層平整性、矽氧烷持久性和固化性。典型地，通過使面料紙與襯底紙在對環境溼度變化的反應方面儘可能地達到匹配，這些努力似乎達到了良好的層的平整性。實際上，這意味著用於形成襯底的紙通常較重或較密(定量為40磅/3000平方英尺令)，因為這些紙是那種在吸溼性方面與典型的面料相匹配的紙。
在這種紙中矽氧烷獲得良好的固化性和持久性集中而言有數種方法，一種方法是向紙張提供較重(如10磅/令)的粘土塗層等。在另一種方法中，對紙張進行高度砑光處理，如對紙張表面進行專門處理和拋光的鋼和棉砑光輥交替使用的多步砑光步驟。在又一種方法中，對紙張進行軟軋砑光處理(在流水線上，在使用帶有軟的、易變形表面的砑光輥的紙張處理機中進行高度砑光處理)。
儘管通過上述過程，可形成表現出層平整性、矽氧烷持久性和固化性良好結合的標籤層壓物，但所獲得的層壓物是比較昂貴的。這一部分是由於使用較重和因此較貴的紙襯底。這也是由於要想賦予襯底紙良好的矽氧烷固化性和持久性，必須進行較重的粘土塗層處理、高度砑光或軟軋砑光處理步驟。
因此，需要新型的表現出良好的層平整性、矽氧烷固化性和持久性的標籤層壓物、但其與現有的做法相比，能更容易地和更廉價地製備。
本發明概述按照本發明，已發現可由廉價輕質紙襯底來生產矽氧烷固化性、持久性和層平整性滿意結合的標籤層壓物，只要形成襯底的紙表現出各性能準確結合就行，如以下更充分描述的那樣。
特別地，已發現用不僅在滯後曲線方面與最常用的面料紙基本相匹配、而且還是多孔和輕質的紙可形成標籤層壓物的襯底。因此，儘管層壓物的襯底紙層由廉價材料製成，但仍可提供在溼度變化反應方面僅表現出很小捲曲的層壓物。
同時，也發現通過合適地選擇形成本發明層壓物紙襯底的多孔、輕質紙的各種性能，也能取消在現有技術的嘗試中為了提供良好的矽氧烷固化性和持久性而採用的較重的粘土塗層處理或高度砑光處理步驟。因此，在本發明標籤層壓物的生產中，較重的粘土塗層處理、高度砑光處理或軟軋砑光處理的額外費用統統都沒有了。
因此，本發明提供了一種不僅與現有的常規標籤層壓物相比能更好地限制因對加熱、溼度和伸長反應所致的捲曲、而且與常規產品相比生產更加低廉的新型標籤層壓物。
附圖的簡要說明

圖1是說明用於形成標籤層壓物的襯底紙和面料滯後曲線的曲線圖。
詳細的說明按照本發明，提供了一種新型的標籤層壓物，該標籤層壓物包括由襯底紙或襯底構成的隔離襯墊，其綜合性能大約在以下範圍內。
通常優選水Cobb尺寸試驗值、克/平方米 15-27 20-23Neenah吸溼膨脹度 ＜5％ 0-2％IGT矽氧烷需求量、40千克、立方釐米/平方釐米 ＜6 ＜5.5(二甲基聚矽氧烷、粘度為250釐泊)在矽氧烷塗層*中可萃取物質的百分數＜10％ 3-6％顯密度、磅/密耳/令 11.5-17 12-15熱穩定性、收縮％ ＜0.5％ ＜0.05％*在塗覆矽氧烷隔離劑後測定本發明標籤層壓物中用作襯底的更優選的紙張表現出以下另外的性能通常優選IGC滲透、cm 6-127-10偏離度、％ ＜15＜3抗拉韌性取向度、％ ＜5 ＜3背面摩擦係數 0.3-0.8 0.5-0.6襯墊韌性、毫克設備方向 100-200 130-170橫向 40-80 50-65紙厚、密耳 2.0-4.0 2.75±0.1特別優選的紙仍然表現出以下另外的性能通常 優選接觸角、達因(dynes) 90-180 100-130Parker印刷表面、μ＞34.0-5.5正方度(MD/TD比) 2-11.5-1在應力作用下的伸長度、設備方向0.5-2％0.5-1％拉伸能量吸收量、千克．米/平方米 5-15 7-10以上各性能在製紙工業中是已知的，通常，這些性能可描述如下水Cobb尺寸試驗值是測量襯底紙吸收水方式的數值，其通過用「Cobb尺寸試驗」、一種工業認可的試驗(試驗方法#T432、om-94、由Technical Association of The Pulp and Paper Industry、「TAPPI」制定)測量給定紙張吸收水的體積而確定。在Cobb尺寸試驗設備中將一定數量的水附著在紙上達一定的時間，隨後將水潑掉。通過比較溼紙的重量和潤溼前幹紙的重量，可按克/平方米的單位計算出所吸收的水的數量。如果襯底紙具有大約25克/平方米的Cobb尺寸值，那麼水吸收量就太大，產生的纖維溼脹對抗捲曲有不良影響。另外，較高的水吸收量對矽氧烷持久性具有直接的不良影響，特別是乳液基矽氧烷系統。如果Cobb值太低，紙對相對溼度的變化作出反應就較慢，並可能與層平整的結構所用的面料的吸溼膨脹度不能保持平衡。
Neenah吸溼膨脹度是測量襯底紙對環境溼度的特定條件作出反應從而導致膨脹或收縮趨勢的數值。例如，在TAPPI期刊、Technical Associationofthe PulpPaper Industry的官方雜誌、以及Useful Method#549中的許多文章均描述了該方法。當暴露以增加溼度時，紙纖維趨向於溼脹和膨脹，而當溼度降低時，相反地趨向於皺縮或收縮。在該試驗中，一紙條暴露24小時後，在50％RH和21℃的條件下測量該紙條的長度。隨後將溼度從50％增加到75-80％，再降回到50％，再降至20-25％，並且最後回到50％，這樣循環三次。然後繪製紙條的膨脹量和收縮量對應於在高張力和低張力條件下的試樣溼度的曲線，通過比較這些曲線的傾斜度和形狀、及它們的範圍，可使標籤原料所用的紙和隔離襯墊所用的紙相匹配。如果與面料紙或面料膜相比襯底紙的反應太大，當溫度增加時，面料可能趨向於捲曲，如果襯墊或襯底紙反應太小，當結構承受環境變化時，層壓物襯墊側趨向於捲曲。
IGT矽氧烷需求量是一種確定矽氧烷持久性的方法。IGT矽氧烷需求量基本上是一種測量紙在不同壓力下抵抗給定液體如矽氧烷聚合物滲透能力的數值。其通過使用已知為研究院所所用的自動記錄技術試驗機、或IGT試驗機的擺錘設備而確定。在該試驗中，將紙條卷在連在擺錘臂上的圓筒上，在給定的壓力下，使兩個圓筒一起靠近從而形成壓軋。隨後用溶液潤溼在基本部件上的紙條的自由端(在該情況下，二甲基聚矽氧烷聚合物具有250釐泊的粘度)。立即釋放擺錘，並且當擺錘下降時液體在兩個紙條之間擴散。通過試驗儀器所提供的一系列計算，可得出覆蓋整個面積所需流體的體積數量。如果矽氧烷需求量值太高，隔離襯墊的分離力(將標籤原料和粘接劑與矽氧烷化的襯底紙相分離所需的力)常常表現出比希望的高，較高的分離力可導致其他有害的後果，這些後果包括標籤從襯墊上取下時捲曲、不恰當的衝切和個別標籤出現剝離、和在自動化應用中分散較差。通常，如果製成的紙精整較低或表面較粗，就需要補充覆蓋其表面的矽氧烷，需要較高分子量的特殊矽氧烷聚合物、或在紙廠進行預處理(加粘土和其他材料的較重塗層，它們可能對矽氧烷交聯或固化能力有不良影響)。矽氧烷需求量很低的紙常常具有優異的矽氧烷持久性，但固化後的聚合物層可能表現出對紙表面的粘接性較差。順便說一下，人們應該知道，如果用於形成本發明標籤襯墊和層壓物的隔離劑不是矽氧烷樹脂，用與上述同樣的方法進行IGT矽氧烷需求量試驗以便確定代替通常用於此目的矽氧烷樹脂的該其他隔離劑的需求量。
可萃取物質的百分數是一種測量塗敷後的矽氧烷隔離劑固化程度的數值。在該試驗中，在將所要求的矽氧烷隔離劑塗敷到紙襯底上並固化後再進行試驗。用原子吸收光譜儀確定在固化後的矽氧烷樹脂中未反應的矽原子的數量。較高的萃取量表明矽氧烷未固化完，並且活性矽氧烷保留在紙的表面上。這通常是將粘土用作表面持久塗層的紙的情況。矽氧烷固化較差導致分離力較高、標籤粘接性不好、粘接過快，並常常降低壓敏粘接劑的粘接性(未處理的矽氧烷可遷移至粘接劑表面，從而降低了其粘接襯底的能力)。萃取量越低，矽氧烷固化越好。
顯密度是一種測量每單位體積紙重量的數值，特別是每一密耳厚一令紙的重量，其能很好地表明紙的可壓縮性。它可通過用平均紙厚除以紙定量(磅/令)而較容易地確定。如果製成的紙精細度較低或砑光較小和沒有高度砑光，那麼這些紙是海綿狀的，並且每單位厚度纖維物質的數量較少。在標籤製作的操作中，用於切割各標籤的模子和工具與用作切割硬表面的硬鋼支撐輥或砧輥相接觸。根據隔離襯墊的厚度確定模子邊緣與支撐輥之間的間隙。當模子與壓敏層壓物接觸時，襯底紙與砧輥一起當作切割表面。模子切過面紙和粘接劑，並在從層壓物中反彈和抽回以切割下一標籤之前輕輕地擠壓襯底紙。襯底紙的可壓縮性是成功地進行邊緣光滑衝切的重要因素。在壓敏工業中，經高度砑光工藝製作的紙當在模子衝擊的壓力下壓縮很小時常常用作隔離襯墊，從而產生邊緣光滑、尖銳的衝切。然而，當溼度發生變化時，這些紙趨向於劇烈捲曲。儘管顯密度較低的紙常常具有較小的捲曲。但如果不看上述導向圖表的話，它們則表現出其他不好的性能。例如，如果顯密度太低，襯底紙在模子向其加載的條件下將典型地壓縮，並且模子切過粘接劑時邊緣不會光滑，導致廢襯質材料破裂。在一些情況下，人們已知道如果紙的顯密度太高，這些紙在衝切操作的應力下將破裂或裂開。
熱穩定性表示紙抵抗因加熱到高溫而收縮的能力。通過使一張試驗紙、如規格為8-1/2英寸×11英寸的紙承受400℃達1秒，隨後確定縱向方向的收縮量而能較容易地確定熱穩定性。收縮大於約1/2％的紙可導致由其製作的層壓物當加熱到高溫時、如在雷射或其他類型的印刷機中時發生捲曲。
IGT滲透是在紙張工業中已知也用於確定矽氧烷持久性的試驗。基本上，IGT滲透量是一種測量紙抵抗鄰苯二甲酸正丁酯(常規的油墨組分)滲透能力的數值。通過用與前述相同的IGT設備和與IGT矽氧烷需求量試驗相類似的試驗方法確定IGT滲透量。在該試驗中，改變背襯圓筒的背襯壓力和結構，並且通過使一滴單位體積的鄰苯二甲酸正丁酯在襯底紙表面上擴散從而來確定紙的持久性。測量紙上斑跡的長度並作為IGT滲透量或浸漬能力記錄下來。IGT滲透量太高的紙可能在矽氧烷塗層方面表現出問題，如潤溼性較差，從而導致覆蓋型式不穩定。而如果IGT滲透量太低，又需要使用特殊的矽氧烷配料或較高的塗層量以便獲得合適的隔離性。
偏離度涉及紙在標準載荷作用下厚度的降低，其能很好地說明紙的可壓縮性。通過將重量為100克、紙接觸表面積為1平方釐米的物體放在紙上達5秒鐘後將紙移開，測量紙試樣厚度的減少從而可容易地確定偏離度。如果偏離度太高，紙在模子向其加載的條件下壓縮太大，並使得標籤切割時邊緣不光滑(類似於顯密度試驗)。如果偏離量太低，隔離襯墊在模子的作用下又趨向於裂開或破裂。
抗張韌性取向度是一種測量紙中的纖維偏離設備方向平均角度的數值。測量的單位是百分數，0度偏離角代表0％，而90度偏離角代表100％。通過使用測量單個紙纖維對應於預定標準取向的超聲波設備可較容易地確定抗張韌性。該設備的一個實例是由Swedish companyLorentzenWettre生產並銷售、產品編號為「TSO tester Code SE 150」的設備。如果纖維取向角過高或過低，可產生扭曲或對角捲曲(一個角對應於另一個角的邊緣捲起)。已發現通過在紙生產現場控制紙纖維的取向，可消除或大大減少扭曲。
背面摩擦係數是一種測量紙襯底背面摩擦係數的數值，其通過用其中將面料紙或標籤面紙試樣放在固定床板上的TAPPI試驗方法#T549可較容易地確定。按照試驗方法，隔離襯墊的背面與標籤紙的正面相接觸並滑過表面。由此獲得在運動的襯墊紙和靜止的面紙之間的動力學摩擦係數。如果摩擦係數太高，每張標籤層壓物就不能像所希望的那樣傳送到印刷機中(例如在雷射印刷機的入口處卡紙)，導致堵塞或無法傳送。如果摩擦係數太低。將可能導致過量傳送，如許多張紙一下都滑進印刷機中。
像在此所指出的所有其他TAPPI試驗方法一樣，用於測量背面摩擦係數的TAPPI試驗方法#T549也是在50％的相對溼度條件下進行，除非另有說明。
襯墊韌性是一種測量紙因對在通常指向其表面的方向上施加應力作出反應而致使其彎曲程度的數值。其通過Gurley韌性試驗可較容易地確定，如在TAPPI試驗方法#T543 om-94中所述的那樣。尺寸已知的紙條當與重量和尺寸已知的擺錘相接觸時使其承受彎曲。以毫克為單位測量紙彎曲直到與擺錘相離所需的最終的力。襯墊韌性影響襯底紙的很多性能，這些性能包括分離力和最終的適用性。在紙張傳送印刷機如雷射印刷機的情況下，襯墊韌性影響最終的層壓物韌性。如果襯墊韌性過高，較硬的面料可能提前傳送到印刷機中，導致堵塞或使印刷機無法工作。襯墊和層壓物如果韌性太低。在印刷機中可能產生堵塞，如紙張皺摺或「摺疊」。
紙厚是一種測量紙襯底厚度的數值，並能通過千分尺或類似的厚度測量儀用在TAPPI試驗方法#T411 om-89中所述的特定壓力來較容易地確定。在規定的載荷下測量單張襯底紙的厚度。厚度較低的襯底紙常常通過臺式印刷機如噴墨印刷機或速度較慢的雷射印刷機時運行良好，但在高速或大體積的工業印刷設備中時就不能良好運作。厚度太高的紙可在高速印刷機中工作，但在臺式機中常常堵塞。另外，紙厚在衝切和各標籤剝離方面是一個重要因素。將用於切割標籤的工具和砧輥之間的間隙調整到特定的紙厚或襯底紙的厚度。
接觸角也用於確定矽氧烷持久性。接觸角是一種測量液體珠、如水珠或矽氧烷珠與紙表面直接接觸瞬間形成的角度的數值，其用測角器或接觸角測量設備如在TAPPI試驗方法#T458om-89中所述的設備來測量。如果接觸角超過180度，流體就不會很好地潤溼表面，就會在紙表面上留下不連續的薄膜。如果接觸角小於90度，液體很快被吸收進紙表面中，導致矽氧烷或水或其他流體的持久性不好。
Parker印刷表面也是一種測量紙襯底背面表面性能的數值。基本上，它是一種測量紙表面峰和谷平均尺寸的數值。其可通過在特定的壓力下由空氣穿過紙表面的速度來確定。當空氣流趨向於反映紙的表面形貌時，較粗糙的紙要求較高的空氣壓力以便產生較高的試驗讀取值。而當它們的表面形貌比較平坦時，較光滑的紙要求較小的空氣壓力。光滑度的常規試驗包括Sheffield試驗(已在TAPPI T538 om-88中描述)，和優選的Parker印刷表面試驗(已在TAPPI T555 om-94中描述)。如果背面的印刷表面小於大約4μ，當材料的背面太光滑從而影響到摩擦係數及滑動力時，雷射印刷機就可能發生堵塞。當光滑度較高的面料與光滑度較高的襯底紙相匹配時，在紙張向印刷機中傳送方面，常常表現出較差的印刷性能。另外，某些印刷機使用傳送下一紙張的內部設備、如(D-輪)。太光滑的紙經常導致D-輪滑過紙張表面而不是齧緊紙張並將它送入印刷機中。這將導致紙張偏移，歪斜，和/或傳送失敗或過量傳送。太粗糙的紙張也可能產生問題，如它們不能很好地滑過內部零件，從而放慢了輸送速度，這就有可能導致堵塞。
正方度是一種測量紙纖維在紙中相對分布的數值。纖維完全無序分布的紙具有的正方度比值為1。因為在設備方向和橫向方向上分布有相同數量的纖維。在大多數的製紙工藝中，大部分的纖維趨向於沿設備方向排成一行，並因此導致大多數的紙張正方度比值大於1。用橫向方向的抗拉強度除以設備方向的抗拉強度值可較容易地估計出試驗紙的正方度比值，所得到的比值用作纖維定向的估計值。有更複雜的方法可更精確地分析MD(設備方向)/CD(交叉方向)纖維定向。當紙因對纖維膨脹作出反應從而導致捲曲時，捲曲的谷底與設備方向平行，纖維取向完全無序(方向度為1)的紙張不會表現出帶有方向性的捲曲。正方度為2或大於2(與MD(設備方向)平行的纖維量是橫向方向或交叉方向纖維量的兩倍)的紙張經常表現出強烈的谷底在縱向方向的捲曲趨勢。
在應力作用下的伸長度百分數是一種測量紙在不產生撕裂和尺寸穩定性明顯損失的條件下沿設備方向能抵抗多大應力的數值。其可通過由常規的紙抗張試驗(TAPPI試驗方法#T-494 om-88)得到的應力-應變曲線來確定。在該試驗中，在規定的載荷下使紙伸長並且加速直至發生撕裂。伸長度百分數太低的紙有可能在隨後的處理操作如印刷、襯質材料剝離、和標籤自動粘貼中發生撕裂。伸長度百分數太高的紙有可能在隨後的處理期間變形，這有可能使其不適合於進一步處理和自動化設備。
拉伸能量吸收量(TEA)是一種測量紙張緩衝機械振動能力的數值。通過分析抗張試驗(TAPPI試驗方法T494 om-88)應力與應變關係可較容易地確定拉伸能量吸收量。可用數學方法得出應力-應變曲線下的面積，並且隨後將其乘以因子代入到試驗方法給出的等式中從而得出拉伸能量吸收量(T.E.A)。在襯底紙中TEA越高，使紙張受力而不斷裂就越容易(當在壓敏層壓物操作、或標籤製作操作中以及在針饋雷射印表機和擊列印刷機中時)。如果TEA比所要求的低，當受壓時，特別是在穿孔的針饋標籤粘貼過程中，會表現出捲筒紙斷裂。
儘管沒有對用於形成本發明隔離襯墊的紙作強制性限制，但其優選地是多孔、輕質的紙，因為這對顯著降低標籤層壓物生產成本有利。希望定量(即每單位面積紙的重量)為50磅/3000平方英尺令或更低，當定量為45磅/3000平方英尺令或更低或甚至40磅/3000平方英尺令或更低時是優選的。
由具有上述一系列性能的紙襯底形成隔離襯墊，並隨後在其上塗敷粘接劑和粘貼面料紙從而來製作本發明層壓物。
為了製作本發明隔離襯底，用隔離劑塗敷上述紙襯底或襯底紙。實質上，以前使用過的任何材料或可用作標籤層壓物隔離劑的任何材料可用作本發明隔離劑。矽氧烷隔離劑是優選的。眾所周知，矽氧烷隔離劑典型地包括含有可固化矽氧烷樹脂的液體組分，樹脂通過硬化形成固化的矽氧烷塗層。這些組分可包括水溶性載體或有機液體載體，載體在固化之前或固化期間蒸發。這些組分也可含有各種添加劑和官能基團以便於聚合和交聯(如果需要)。
儘管本發明可使用任何類型的矽氧烷隔離劑，但由於環保的考慮不含有機溶劑的組分是優選的。因此優選的隔離劑是那些純的、即沒有載體液體或使用水溶性載體液體的隔離劑。本發明所塗敷的隔離劑數量不是關鍵的，並且實質上可選用任何常規數量。
一旦形成本發明隔離襯墊，可以任何常規方式由其來製作標籤層壓物。典型地，用所要求的粘接劑、如壓敏或熱敏粘接劑塗敷隔離襯墊的隔離層，並隨後在其上層壓面料層從而來製作標籤層壓物。優選地，本發明所形成的標籤層壓物在設備方向上具有400-800毫克、優選500-700毫克的的韌性，而在橫向方向上具有200-600毫克、優選300-500毫克的韌性。韌性是一種測量紙抗彎剛度的數值，並能通過已知為Gurley韌性試驗(TAPPI試驗方法T-543 om88)的常規紙試驗來確定。面料可由如合成樹脂(聚合物膜)、鋁、金屬、金屬化的紙、加螢光塗層的紙的材料和這些材料與其他面料紙(對熟悉本領域現有技術的專業人員來說是已知的)的複合物來形成。優選地，面料由紙或類似物形成。例如，面料可由在US4713273；US4888075；US4946532；US5143570；US5186782；US5242650、和共同轉讓的美國申請08/259301(於1994年6月13日申請)中公開的合成樹脂材料形成。它們的公開內容在此引入作為參考。
按照本發明，用於形成特別的標籤層壓物的面料層或襯底紙層優選地選自滯後相互匹配的材料。甚至更優選地，如此選擇面料和紙襯底，即兩層滯後曲線下部的斜率相互偏差在5％之內。其在圖1中得到說明，圖1是說明標籤層壓物面料層和襯底層的單位長度作為相對溼度函數的曲線。特別是，圖1表明面料和襯底在相互關係上發生滯後，即在給定溼度的條件下各層的單位長度不同，而這取決於溼度增加或減少。滯後基本匹配意思是兩個滯後曲線下部、即與相對溼度增加相關的曲線部分的斜率相互(偏差)在5％之內。
因為本發明標籤層壓物面料層和襯底紙層在滯後曲線方面是匹配的，同時也因為紙襯底表現出所要求的Neenah吸溼膨脹性，本發明標籤層壓物儘管承受了變化較大的溼度條件卻表現出較小的捲曲或沒有捲曲。同樣，因為紙襯底從具有所要求熱穩定性的材料中選擇，本發明標籤層壓物當承受高溫條件如在某些雷射或其他印刷機中時卻表現出較小的捲曲或沒有捲曲。還有，因為紙襯底具有所要求的機械性能，如襯墊韌性和抗張韌性取向度(和優選的在引力作用下的伸長百分數和拉伸能量吸收量)。由其製作的層壓物可承受在隨後處理步驟中遇到的機械應力而不會使產品產生因力學因素誘發的捲曲。因此，儘管本發明標籤層壓物可由低廉的紙襯底製成，但它們無論怎樣都能達到和常規產品一樣好的、甚至在一些情況下比常規產品更好的層平整性。
本發明標籤層壓物另一個優點是通過依靠紙的化學特性而不是過去所用的機械方法如高度砑光、軟軋砑光或重粘土塗層處理來達到矽氧烷所要求的固化性和持久性。
在這方面，用於改變紙的表面特性、特別是矽氧烷持久性和固化性的化學手段對於熟悉製紙現有技術的專業人員來說是已知的。特別是，各種不同可固化的、溶於水的和不溶於水的天然或合成樹脂是廣為人知的，當將它們引入到紙表面或紙張內部中時，明顯影響紙張的表面性能和本體性能、這些性能包括矽氧烷的持久性和固化性。同樣，某些細分散形式的礦物質當粘附到紙表面上作為紙製品的一部分時，明顯影響紙製品表面性能也是已知的。還有，有機材料或礦物材料或「填料」可混合使用以達到單獨組分無法達到的性能也是已知的。本發明特別的優點是使用這些化學手段而不是在現有技術中所用的高度砑光、軟軋砑光、或重粘土塗層處理步驟來達到矽氧烷所要求的固化性和持久性。這使得本發明層壓物生產成本進一步降低，因為這些昂貴的機械加工步驟被統統地取消了。
本發明生產的標籤層壓物能被廣泛地用在各種不同的用途中。例如，它們可用在各種類型的用戶印刷設備中、如臺式雷射印表機、臺式噴墨印表機等中。另外，它們可廣泛地用在工業用途中，如高速工業印刷機、閃熔印刷機、LED系統、磁強記錄儀系統、常規的熱印刷機和雷射系統印刷機、工業噴墨印刷機、數字印刷機(寬型和窄型)、針饋印刷機、連續印刷機等。另外，本發明層壓物特別適合於平整用途，即其中平整性是至關重要的用途。這樣用途的實例是錄像帶中的標籤和其中單個標籤通過一條窄縫被插入到最終應用位置中的類似應用。
實施例1下面實施例用於說明本發明。實施例1從Rhinelander、Wisconsin的Rhinelander Paper Corp處獲得用於形成本發明標籤層壓物的多孔、輕質、廉價紙襯底，其商品編號為MC RHI-liner 521。確信該紙按以下方式形成對硬木/軟木纖維比大約為40/60的紙漿只進行粗加工以便使所形成的捲筒紙在加壓之前表現出高度的排水性。在加壓和乾燥後用聚乙烯醇和粘土的混合物對紙表面進行上漿，並隨後進行機械砑光、例如中度砑光以便降低通過每一輥隙時的壓力。
隨後將如此獲得的紙卷在合適的承載輥上從而形成新型的紙襯底或本發明的襯底紙，而不需要隨後的高度砑光或粘土塗層處理。
對以上紙襯底試樣進行上述不同試驗。獲得如下結果水Cobb尺寸試驗 23克/平方米Neenah吸溼膨脹性 2％IGT矽氧烷需求量(40千克時) 5-6立方釐米/平方釐米IGT滲透8釐米背面摩擦係數 0.5-0.6襯墊韌性設備方向 150毫克橫向方向 90毫克紙厚 2.75密耳顯密度 12.7磅/密耳/令偏離度 10％抗張韌性取向度 2％熱穩定性 0.5％接觸角 120度Parker印刷表面 6μ正方度(MD/TD比)1.4在應力作用下的伸長度％ 2％設備方向拉伸能量吸收量設備方向 4.5-6千克.米/平方米交叉方向 12-15千克米/平方米通過用隔離劑(1.0-1.3克/平方米)塗敷以上紙製品的許多試樣從而形成一系列隔離襯墊，隔離劑包括與常規的催化劑、抑制劑、和其他常規組分如交聯劑和隔離控制添加劑混合的二甲基矽氧烷聚合物。乾燥和固化隔離劑從而形成本發明的隔離襯墊。通過分析，發現這些隔離襯墊穩定地表現出大約2％的可萃取物質百分數(用上述試驗)。
隨後用含有乳液基丙烯酸聚合物混合物的粘接劑塗敷隔離襯墊並隨後在其上層壓由雷射標籤紙組成的面料層從而使上述隔離襯墊成為本發明的標籤層壓物。在層壓之前，確定襯底紙的滯後曲線斜率為1.25，而面料滯後曲線的斜率為1.20。兩個滯後曲線的斜率相互(偏差)為0.05％，，這表明它們基本匹配。
用上述層壓物韌性試驗確定按這種方式生產的層壓物的韌性，其在設備方向上為600毫克。而在橫向方向上為400毫克。另外，廣泛地對層壓物進行各種試驗，以便驗證其性能，性能包括矽氧烷覆蓋率(通過用某些染料、如石綠的斑跡來目測本發明隔離襯墊的覆蓋率、以及用電子儀器測量斑跡顏色的深度來確定)和分離力(Tag and LabelManufacturers institute test method TLMI release)。試驗期間測量到分離力在50-100克之間，這取決於工藝條件、粘接劑的選擇和矽氧烷體系、以及所用的面料。隨後用來自於MarkAndy Corporation的常規標籤製作壓力機將層壓物變為標籤。在該操作中，本發明襯墊在速度不大於1000英尺/分鐘、用模子時所承受的最小壓縮率為2.5密耳(襯墊)的條件下表現出不失敗而將襯墊轉變為標籤的能力。將紙張試樣展開並在25％-75％RH的不同溼度條件下進行捲曲試驗。在所用條件下測量到8.5英寸×11英寸試樣的捲曲小於1/4英寸。隨後在各種不同的最終應用中評估衝切和未切的紙張，最終應用包括用在噴墨印刷機、臺式雷射印刷機、和高速工業印刷機中，它們僅出現很輕微的堵塞或所指出的捲曲，以及最小的因通過印刷機所致的捲曲。層壓物產品在印刷後表現出強烈的鬆弛趨勢、並重新回到層平整狀態。實施例2除了在紙襯底的製作過程中將明礬和松香引入到紙漿中作為內部填料、對紙漿僅略微進行粗加工、並且在將成品紙卷在承載輥上之前對其根本就不進行砑光處理以外，重複實施例的過程。而且，在由該紙襯底製作隔離襯墊的過程中，矽氧烷隔離劑由在共同轉讓的US5165976中所描述的系統組成。其公開內容在此引入作為參考。
對以這種方式製作的紙襯底、隔離襯墊、和標籤層壓物產品進行與實施例1相同的一系列試驗。獲得如下結果。水Cobb尺寸試驗 22-23克/平方米Neenah吸溼膨脹度1.5％IGT矽氧烷需求量(40千克時)、 5-6立方釐米/平方釐米立方釐米/平方釐米IGT滲透量 8釐米背面摩擦係數0.5-0.6襯墊韌性設備方向125毫克橫向方向0.5毫克紙厚2.8密耳顯密度 14磅/密耳/令偏離度 10％抗張韌性取向度 2％熱穩定性0.5％接觸角 120度Parker印刷表面 6μ正方度(MD/TD比) 1.5應力作用下的伸長度百分數設備方向1.6％拉伸能量吸收量、千克.米/平方米 4.5-5.5％可萃取物質的百分數 5-7％層壓物韌性設備方向600毫克橫向方向400毫克用隔離劑(1.0-2.0克/平方米)塗覆上述紙製品試樣，隔離劑包括與20-50重量％苯乙烯-丁二烯橡膠混合的矽氧烷聚合物。在壓敏塗覆和層壓操作中使隔離劑乾燥和固化，由此形成本發明的隔離襯墊。通過分析，發現這些隔離襯墊表現出大約4-15％的可萃取物質百分數(用上述方法)，這取決於隔離劑的選擇和用於塗覆和乾燥隔離劑的工藝條件。
通過用含有乳液基丙烯酸聚合物混合物的粘接劑塗覆以上襯墊並隨後層壓各種不同的用於雷射或類似電子印刷設備的面料從而由以上襯墊形成本發明標籤層壓物。在層壓前，發現襯底紙的滯後曲線斜率為1.25，而面紙曲線的斜率為1.2-1.3。因此兩條曲線斜率(相互偏差)在5％之內，是匹配的。如實施例1那樣，對所得到的層壓物進行各種不同的內部實驗室試驗從而確定層壓物的性能。所提到的粘接性以及穩定的分離力(50-110克)沒有損失，這取決於面料和工藝條件。就像實施例1那樣，印刷機試驗非常良好，沒有堵塞或所提到的印刷失敗。
儘管以上描述了幾個本發明的實施方案，但人們應該明白在不脫離本發明實質和範圍的條件下可做出許多改進。例如，儘管上述描述表明本發明標籤層壓物可不經現有技術所用的高度砑光、軟軋砑光和重粘土塗層步驟來製作，但不管怎樣，除了上述那些使矽氧烷達到滿意的固化性和持久性或使所生產的紙襯底、隔離襯墊、標籤層壓物性能改進的化學技術以外，這些現有技術的步驟也可用在本發明的實施中。所有這樣的改進均包括在本發明範圍之內，本發明範圍僅受以下權利要求書限制。
權利要求
1．一種標籤層壓物，它包括隔離襯墊和在其上的標籤層，所說的標籤層包括紙面料和將所說面料粘貼到所說隔離襯墊上的粘接劑，所說隔離襯墊包括紙襯底和在所說襯底和所說粘接劑之間的隔離劑層，形成所說襯墊的紙滯後曲線斜率基本與形成所說面料的紙滯後曲線斜率相匹配，形成所說襯底的紙具有50磅/3000平方英尺令或更少的定量。
2．權利要求1的層壓物，其中形成所說襯底的紙具有＜6立方釐米/平方釐米的IGT矽氧烷需求量(40千克時)、和＜0.5％的熱穩定性，所說隔離襯墊的固化矽氧烷塗層表現出＜10％的矽氧烷可萃取物質的百分數。
3．權利要求2的層壓物，其中形成所說襯底的紙具有15-27克/平方米的水Cobb尺寸試驗值、＜5％的Neenah吸溼膨脹度和11.5-17磅/密耳/令的顯密度。
4．權利要求3的層壓物，其中形成所說襯底的紙表現出以下性能水Cobb尺寸試驗值 20-23克/平方米Neenah吸溼膨脹度 0-2％IGT矽氧烷需求量(40千克時)＜5.5立方釐米/平方釐米顯密度 12-15磅/密耳/令熱穩定性 ＜0.05％並且其中所說的隔離劑表現出3-6％的可萃取物質的百分數。
5．權利要求3的層壓物，其中形成所說襯底的紙還表現出以下的性能IGT滲透量6-12釐米偏離度 ＜15％抗張韌性取向度 ＜5％背面摩擦係數 0.3-0.8襯底韌性設備方向 100-200毫克橫向方向 40-80毫克紙厚 2.0-4.0密耳。
6．權利要求5的層壓物，其中形成所說襯底的紙還表現出以下的性能IGT滲透量 7-10釐米偏離度＜3％抗張韌性取向度＜3％背面摩擦係數 0.5-0.6襯底韌性設備方向 130-170毫克橫向方向 50-65毫克紙厚 2.75±0.1密耳。
7．權利要求5的層壓物，其中形成所說襯底的紙還表現出以下的性能接觸角90-180度Parker印刷表面＞3μ平方度(MD/TD比) 3-1在應力作用下的伸長度百分數設備方向 0.5-2％拉伸能量吸收量5-15千克米/平方米。
8．權利要求7的層壓物，其中形成所說襯底的紙還表現出以下的性能接觸角100-130度Parker 印刷表面 4.0-5.5μ平方度(MD/TD比) 1.5-1在應力作用下的伸長度百分數設備方向 0.5-1％拉伸能量吸收量7-10千克米/平方米。
9．權利要求1的層壓物，其中形成所說層壓物的紙表現出以下性能水Cobb尺寸試驗值、20-23克/平方米克/平方米Neenah吸溼膨脹性 0-2％IGT矽氧烷需求量 ＜5.5立方釐米/平方釐米(40千克時)顯密度12-15磅/密耳/令熱穩定性 ＜0.05％IGT滲透量 7-10釐米偏離度＜3％抗張韌性取向度＜3％背面摩擦係數 0.5-0.6襯墊韌性設備方向 130-170毫克橫向方向 50-65毫克紙厚 2.75±0.1密耳接觸角100-130度Parker印刷表面4.0-5.5μ平方度(MD/TD比) 1.5-1在應力作用下的伸長度％設備方向 0.5-1％拉伸能量吸收量7-10千克．米/平方米並且其中所說的隔離劑表現出3-6％的可萃取物質百分數。
10．權利要求1的層壓物，其中形成所說襯底的紙具有45磅/3000平方英尺令或更少的定量。
11．權利要求10的層壓物，其中形成所說襯底的紙具有大約40磅/3000平方英尺令或更少的定量。
12．權利要求1的層壓物，其中所說的層壓物在設備方向上具有400-800毫克的韌性、而在橫向方向上具有200-600毫克的韌性。
13．權利要求12的層壓物，其中所說的層壓物在設備方向上具有500-700毫克的韌性、而在橫向方向上具有300-500毫克的韌性。
全文摘要
一種紙標籤層壓物的隔離襯墊,其由多孔、廉價、輕質的紙襯底形成。紙襯底選自在滯後曲線方面與標籤面料基本匹配的材料。另外,紙襯底的矽氧烷達到所要求的持久性和固化性取決於化學技術手段而不是高度砑光或重粘土塗層處理手段。
文檔編號B32B7/02GK1225055SQ97196275
公開日1999年8月4日 申請日期1997年6月23日 優先權日1997年6月23日
發明者S·米古斯 申請人:艾弗裡·丹尼森公司