有油墨包層的轉印標籤,包含轉印層的容器以及清洗該容器的方法

2023-05-24 20:24:16

專利名稱：有油墨包層的轉印標籤,包含轉印層的容器以及清洗該容器的方法
背景技術：
本發明涉及包括背層和可剝離地附著在背層上的轉印層的轉印標籤，該轉印層包含油墨層。
本發明也涉及具有依照本發明轉印層的容器以及從該容器上去除轉印層的方法。
為人熟知的包裝技術是用絲網印刷方法提供不可去除的永久圖案來標記容器如塑料包裝箱。這種標籤通過僅可獲得的兩種或三種顏色得到了高耐久的潤飾。但該技術所提供的顏色品種有限，缺乏其它標籤手段能夠提供的改進圖案，不具有靈活地變換圖案品種以滿足市場戰略的能力而導致了大量的過時產品，而且僅在大約四個往返(trips)後就顯現磨損痕跡。
當通過絲網印刷方法或墨墊印刷(tampon printing)工藝將油墨覆印在可重複使用的塑料包裝箱上時，油墨必須在瓶裝廠如酒廠覆印，這帶來了有關的註冊問題。當通過包裝箱清洗機從包裝箱上去除，油墨將溶在清洗液中，這樣就汙染包裝箱清洗機。而且，覆印速度受到限制，油墨的固化需要大量空間以及運輸前長時間的儲藏。
第二種標記容器的方法包括注填和封口時在容器如塑料包裝箱或瓶子上膠貼印好的紙標籤。然而，這種標籤幾乎不能經受搬運和暴露於潮溼(起皺)帶來的標籤損傷。而且，紙標籤難於從塑料包裝箱上除去，易於堵塞目前可得到的包裝箱清洗機。若從塑料包裝箱上去除紙標籤，殘餘膠留了在包裝箱上。
第三種標記容器尤其玻璃瓶的技術基於WO 90/05088中描述的原理。在其公開的文件中，描述了一種標記瓶子的方法，該方法提供了耐久的高抗衝擊力的標籤且允許高解析度的標籤印刷。提供了一種包括可去除背層的標籤，其背層用乙烯基或丙烯酸油墨反印，這些油墨被固化並印其粘合劑。標籤通過與容器接觸的粘合劑表面覆印在容器上。背層從標籤轉印層上脫離，例如通過對容器或標籤或兩者都實施加熱來進行。然後，標記容器覆一層隨後固化的塗層。該固化的塗層提供了想要的抗衝擊程度和耐久力。永久粘附標籤的不足在於，當這些標籤有刮痕或其它損傷時，它們不能從瓶子上輕鬆除去。並且，不能每次為同樣的容器提供新的和/或不同的標籤，而這對於促銷活動是所希望的。
本發明的目的是提供容易覆在容器上並能以環境友好的方式除去的轉印層。
本發明另一個目的是提供這樣的轉印標籤使其能在清洗工藝中用清洗液去除，而標籤上的油墨不汙染清洗液。
本發明另一個目的是提供這樣的轉印標籤，使其在容器存放和使用時有好的粘著力，然而也容易以經濟的方式從容器上快速地去除，以用新的和/或不同的標籤取代原標籤。
本發明另一個目的是提供這樣的轉印標籤，其採用水溶性油墨作為印刷基料，這樣的油墨環境友好且廣泛地用於食品技術中。
本發明另一個目的是提供能提供有吸引力標籤的可重複利用的包裝箱體系，標籤能經濟方便地去除和再覆印。標籤應以較快的速度覆印和除去。
發明概述依照本發明轉印標籤的特徵在於轉印層包括分別在油墨層每一側面上的上下包層，上下包層在油墨層的周邊外相互接觸形成包圍油墨層的密封套。
通過將油墨包在包層間的封套中，可以通過溼去除工藝如浸泡工藝或採用高壓水噴射的工藝從已覆了標籤的容器上去除轉印層。在此工藝中防止了油墨洩出封套，使得沒有清洗液汙染發生。在溼去除工藝中，轉印層中不超過10wt％的油墨溶在鹼性溶液中。茲此，防止容器由於油墨而脫色。而且，清洗液中的油墨量保持足夠低的水平以不影響廢水處理廠的有氧和無氧處理。清洗液中油墨的低濃度防止了廢水廠淤渣中的金屬積累，這樣，這種淤渣不須按政府條例當作化學廢物處理。通過簡單地從清洗液中收集去除標籤達到了很經濟的清洗工藝。
優選地油墨層包含尺寸在0.5mm2到500mm2之間的分立區，上包層(top containment layer)和底包層(bottom containment layer)在分立區外相互接觸形成包圍每一個油墨區的單個封套。與油墨層的分立區相接觸的轉印層區域與在包層之間有油墨層的區域相比有縮減的厚度。轉印層轉印到容器上後，在分立的油墨區外沒有標籤材料存在是可能的。這些縮減厚度的區域或封套外標籤的開放區域形成了清洗液的天然進攻點，這樣標籤可以分立的部分被去除。因為清洗液能通過包圍覆印圖形的封套外的區域進入標籤容器界面，可以很快地從容器上將標籤層以分立的碎片除去。這些碎片能通過傳統的有尺寸在0.1mm到10mm之間、優選約2mm的開孔尺寸的篩子從清洗液中濾出。
雖然，依照本發明轉印層優選用於可重複使用的塑料包裝箱，但也可用於塑料瓶，如PET瓶、塑料食品盤、玻璃瓶等等。
依照本發明的轉印標籤優選包括浸泡液而言能透過的轉印層。
這裡「能透過」意味著轉印層在室溫下水中3小時後的水吸收值在0.0到100g/m2之間，優選約5g/m2。這種標籤，室溫下水中24小時後的水蒸汽透過率在50到750g/m2之間，優選約600g/m2。
轉印層可以包括覆蓋油墨圖案的覆蓋層，當轉印層粘到容器上時，該覆蓋層構成外向面。覆蓋層，例如，可由丙烯酸蠟塗層構成。覆蓋層可以是連續層，也可以不連續，並與油墨圖案對齊覆印(print inregister)。丙烯酸蠟覆蓋層能利於，例如，0.5％的NaOH溶液透過，同時提供有效的屏障防止在容器上的標籤存放和使用下透過溼氣。既有足夠耐久力又能快速而經濟地去除的依照本發明標籤，幹態下，鉛筆硬度(pencil hardness)在1N到7N之間，在20℃水中浸泡1分鐘到15分鐘後，鉛筆硬度小於0.5N。
優選地，轉印層有這樣的構造，在溫度低於100℃、優選低於70℃的水溶液中，在不超過20分鐘、優選不超過10秒鐘的浸泡時間裡，在湍流浸泡條件下，它碎成至少四片。當轉印層從容器上脫離時，破碎轉印層時形成的大多數碎片的尺寸優選不小於油墨圖案的分立帶的尺寸。雖然在清洗工藝中一些封套可能破裂，但是引起相對少的包含在封套中的油墨洩漏，因為這些油墨將仍然被包層的大部分所包圍。
通過採用依照本發明的包層，可採用水溶性油墨。在一優選實施方案中，最上面的包層包含與下襯覆印區相匹配的非染料油墨。底包層優選包含粘合劑層或與下襯粘合劑層和與位於上方的油墨帶層相容的中介層。
上包層可以是非連續的並與油墨圖案對齊覆印(print in register)。用這種方法在去除轉印層時底包層可直接被清洗液進攻。當底包層也非連續時，下襯粘合劑層可直接被清洗液進攻。在一優選實施方案中，包層和下襯粘合劑層都是非連續的並對齊覆印。
當把轉印層覆到容器上後，一層覆蓋膜被覆在轉印層上，覆蓋層包含丙烯酸蠟。該丙烯酸蠟相對不易透過水，這樣在使用容器時提供了好的標籤抗刻劃和標籤抗去除。然而丙烯酸蠟覆蓋層易透過鹼性水溶液，這樣通過例如0.5％的NaOH溶液容易去除轉印層。
優選地，在轉印層覆印到容器上後，對轉印層進行熱處理可使至少部分轉印層皺縮。通過熱處理，發生轉印標籤各層的聚結。
存放和使用時既有足夠耐久力又能快速經濟去除的依照本發明的標籤，在覆到容器上後，優選地，給予溫度在40℃到100℃之間、更優選50℃到90℃之間的熱處理。
仔細選擇標籤組成、保護塗層、和後處理(熱處理)條件，可以控制轉印層性能，尤其有關清洗時的性能。
在容器表面覆標籤圖案所用粘合劑的選擇將影響洗落性能。在轉印層覆到容器上之前或之中，粘合劑必須被活化。容易又普遍的覆印圖案的方法是通過採用以反印標籤的形式覆在圖案上的熱活化粘合劑。其它方法包括採用能通過輻射、化學物質、電子束、微波和紫外等等活化的粘合劑。也可以採用能通過光引發、溼、酶作用、壓力或超聲處理活化的粘合劑。
優選粘合劑有低的發粘溫度，優選60℃到90℃之間，更優選80℃到90℃之間。也可以在轉印層中採用活化時本身有粘性的油墨代替獨立的粘合劑層。
優選地，用於接收轉印層的容器覆印表面有至少每釐米60達因的表面張力。清洗包含依照本發明轉印層的容器的方法包括如下步驟——將容器放置在浸泡液中，浸泡時間不超過20分鐘、優選不超過1分鐘，浸泡液溫度低於100℃、優選低於70℃，同時使浸泡液湍流，使得該標籤碎成至少四片，每片不小於5微米，並從容器上脫落，大部分油墨仍然包含在封套內，——泵送浸泡液通過一濾篩，在濾篩上收集標籤殘片，——定期地通過收集或去除該標籤殘片清洗濾篩。
用傳統的包裝箱清洗設備可去除依照本發明轉印層，其中，可以通過篩濾從浸泡液中除去脫落下來的標籤殘片。因為沒有標籤殘片溶在浸泡液中，就不需要採用專門的處理設備來淨化清洗液。
附圖的簡要說明依照本發明的轉印標籤和清洗方法的實施方案，將參照附圖在下文中詳細描述。附圖中

圖1顯示依照本發明的熱轉印標籤，這裡，每一個分立的油墨圖案被各自包在單個的封套中，圖2顯示從容器、尤其從塑料包裝箱上去除依照本發明轉印層的清洗設備。
圖3顯示沿著依照圖2清洗設備中線Ⅲ-Ⅲ的剖視圖。
圖4～7顯示依照本發明的轉印標籤的轉印層的各種實施方案，圖8簡述包含包圍油墨圖案的不同大小封套的本發明轉印標籤的實施方案的示意圖，圖9示意性地顯示了將依照本發明的轉印層覆到可重複利用的包裝箱上的方法，並且圖10和11分別圖示了沒有蠟覆蓋層和有蠟覆蓋層的轉印層在不同後熱處理溫度的去除時間。
發明的詳細說明圖1顯示了包含由例如2密爾厚的聚丙烯膜形成的載體，或背層2的依照本發明轉印標籤1的實施方案。矽氧烷層3位於載體或背層2上，在矽氧烷層3上設置由上包層5,5＇、油墨層7,7＇、底包層6,6＇和粘合劑層8,8＇組成的轉印層4。
轉印層4覆到容器上時,背層2和矽氧烷層3在熱和壓力作用下被除去。粘合劑層8將轉印層4粘在下襯的容器表面，並通過上包層5,5＇形成外向層。
帶有用電子束固化的矽氧烷層3的標籤載體2可以是，例如，1～3密爾厚的由Mobil Chemical,Films Division,Rochester,New York提供的聚丙烯膜。在矽氧烷層3上印上包層5,5＇之前，矽氧烷表面必須經電暈處理。電暈處理將使得覆印材料均勻溼潤，並使得轉印層4剝離。優選地對載體層2和矽氧烷層3進行電暈處理，然後立即進行上包層5的首次覆印。目標處理水平應該在大約3.5kW的30％。
在處理覆矽氧烷載體層2時，小心不要劃傷矽氧烷層3。劃傷矽氧烷層3將使得上包層5接觸並粘到下襯聚丙烯膜2上，這將對覆印時轉印層4的轉印有負面影響。
上包層5,5＇由，例如，非染色油墨組成，它有幾個功能。首先，它減慢或防止水透過到下襯油墨層7,7＇。由於層5,5＇印得比下襯油墨層7,7＇要寬，它形成完全包圍著色油墨層7,7＇的封套的一部分。而且，上包層5,5＇在油墨和矽氧烷分離表面3之間提供了連續介質。層5,5＇對於標籤的徹底轉印性是非常重要的，應覆至少1.4g/m2的重量。覆上包層5,5＇時，該層沒有氣泡和針眼是很重要的。而且，在其上順序印製油墨層7,7＇之前，上包層必須是乾燥的。
在剝離層3上印上包層5,5＇後，在標準膠接試驗(tape peel test)中，測量到100g或更小的最佳剝離力。覆印後5小時之內，上包層的剝離力將減少約60％，或是40g。用這些特定的剝離力，上包層5應完全剝離。對於上包層51合適的材料可從Environmental Inks andCoatings,Morganton,North Carolina以型號1304獲得。
對於油墨層7,7＇，優選油墨的實例包括可從Environmental Inks andCoatings,Morganton,North Carolina以型號Aqua BW EH-31721、EH53016、EH 90967獲得的水性有機物。這些油墨甚至在溫度超過200℃時仍有高穩定性，不褪色不失去粘性。
底包層6,6＇在粘合劑層8,8＇和著色油墨層7,7＇之間提供了強界面。底包層6,6＇可經配製而以化學鍵的方式錨定在油墨上並提供極好的對粘合劑層的溼潤和結合。底包層6,6＇將油墨層7,7＇的外側面覆到上包層5,5＇上，這樣圍繞分立的油墨圖案7,7＇形成了封閉的封套。對於底包層6,6＇合適的材料可從Environmental Inks and Coatings以型號XP11358獲得。
粘合劑層8,8＇可通過水性有機材料在幾個連續彈性版印刷操作臺如三個操作臺覆印，或者在單個操作臺泛墨塗覆(floodcoated)形成。粘合劑層8,8＇也可以通過單個照相凹版印刷操作臺覆印。優選地，粘合劑層8,8＇是熱活化的並且具有從80℃到高達107℃的低發粘溫度。粘合劑的優選重量是大約3.5g/m2。
轉印層4的層可在彈性版印刷機中用多達10個印刷操作臺覆印。5個操作臺用來印製層5,5＇、6,6＇和由三個獨立的粘合劑層構成的粘合劑層8,8＇。5種著色油墨7,7＇可用5個剩餘的橡膠版印刷操作臺來覆印。
不用彈性版印刷方法，也可用帶電暈處理器的照相凹版印刷機。因為材料的塗覆比在彈性印刷工藝中重，只需三個照相凹版印刷操作臺用來覆印包容層5,5＇和6,6＇和粘合劑層8,8＇。
進一步，旋轉絲印工藝可用來覆層5,5＇、6,6＇和8,8＇。當印底包層6,6＇時，注意讓它超出油墨圖案7,7＇的周邊但保持在上包層5,5＇的周邊之內。最好粘合劑層8,8＇超出底包層的周邊並與最外圍包層5,5＇的周邊相吻合。
圖2顯示了包裝箱清洗設備的側視簡圖，該設備用來從通過傳送帶11送到包裝箱清洗機10的包裝箱12上去除依照本發明轉印層。包裝箱12先被送到預洗操作臺13並噴灑來自數個固定在傳送帶12上方和下方的噴頭14的預洗液。傳送帶11的速度使包裝箱11在預洗操作臺的駐留時間在6到8秒之間。預洗液溫度是60℃。預洗液優選包含0.5％的NaOH溶液。
經過預洗操作臺13後，包裝箱藉助傳送帶11的下斜部分16送到浸泡操作臺15。包裝箱在浸泡操作臺的駐留時間在10到40秒之間。在浸泡操作臺，包裝箱完全被淹沒，浸泡液通過噴頭35在浸泡操作臺15環流以引起湍流浸泡狀態。湍流浸泡狀態可能包括，例如，用噴嘴35對於5m3總體積的浸泡液以60m3/h的速率從浸泡操作臺15使液體環流。在浸泡操作臺15，徹底從包裝箱12上去除轉印層，而沒有任何殘片留在包裝箱上是很重要的。這種殘片一旦乾燥會牢固附著在包裝箱上，導致不希望的包裝箱表面汙染。
藉助上斜傳送帶17，包裝箱從浸泡操作臺15送到後清洗操作臺18。後清洗液可以是30℃溫度的水。包裝箱在後清洗操作臺18的駐留時間在6到13秒之間。
與每個清洗操作臺13、18和浸泡操作臺15連接的是篩濾部件20,21和22。每一篩濾部件包含旋轉篩濾帶23,24,25,分別由電機26,27,28驅動。泵29,30和31從各自操作臺抽清洗液和浸泡液使其以一速率，例如，60m3/h通過各自的旋轉篩濾帶23,24,25。過濾的液體分別環流回預清洗操作臺13和後清洗操作臺18中的噴嘴14和19以及浸泡操作臺15。
圖3顯示了沿圖2中線Ⅲ-Ⅲ的剖面圖。可以看到，篩濾帶24繞著兩個輥37,38旋轉。篩濾帶24的頂部伸出浸泡操作臺15中的浸泡液。篩濾帶24包含雙層篩孔尺寸2毫米的帶狀篩濾元件。操作時，連續旋轉篩濾帶24以防來自轉印層在浸泡操作臺15中的破碎的標籤殘片堵塞篩濾帶，這是非常重要的。噴嘴39以高壓水流或氣流清洗帶狀篩濾元件。被去除的標籤殘片收集在收集池40中。
試驗發現，從包裝箱12上高效去除標籤是採用在預洗操作臺13和浸泡操作臺15中的0.5％的NaOH溶液完成的。可是，也可以在進入包裝箱清洗機10前，在標籤上施用預處理材料，在進入包裝箱清洗機前它起到了軟化標籤的作用。例如，當進入包裝箱清洗機10時，在包裝箱12上噴灑表面活性劑。也可以塗布一種膠狀材料，該材料含有在標籤進入包裝箱清洗機10前就開始進攻標籤的化學組分。這種情況下，可以在包裝箱清洗機10中僅用水，而不用鹼性溶液。
圖4顯示了依照本發明的包含背層48、矽氧烷剝離層49和轉印層50的轉印標籤的又一實施方案。轉印層50的油墨層52是例如有10×10釐米尺寸的連續層。上包層51和底包層53包圍油墨層52並圍繞油墨層的周邊相互銜接。由此圍繞油墨層52形成單一的封套。在從已覆轉印層的容器上去除轉印層50時，轉印層50可能碎成幾片。所以由上下包層51、53形成的封套將破碎。然而在這種情況下發現仍有足夠的包容發生以防油墨層52溶在清洗液中。
在圖5的實施方案中，油墨層52由分立區域52、52＇構成。油墨層的每一區域可由例如單字、單句或單詞塊構成。單一區域52、52＇也可由其他圖形物構成。還顯示，上包層51圍繞每個單個的油墨區域52、52＇的周邊覆在底包層53上。因此形成了圍繞每個單個的油墨區域的封套並且有效的包容是可能的。
在圖6的實施方案中，上包層51由分立區域51、51＇構成。通過在上包層51、51＇的分立區域之間的開放區域，清洗液能輕鬆透過並進攻下襯包層53和粘合劑層54。
如圖7所示，粘合劑層54、底包層53、油墨層52和上包層51都對齊覆印並形成分立區域51、51＇、52、52＇、53、53＇和54、54＇。這樣的轉印層具有非常吸引人的外表並且容器表面在每一油墨區域52、52＇之間清晰可見。由於這種特殊結構，達到了非常快的清洗性能，因為清洗液可以通過透過在每個油墨區域52、52＇之間的開放區域快速進攻粘合劑層54、54＇。
如圖8所示，依照本發明轉印層可包含幾個部分。例如，圖形物55，如圖畫，可由圍繞其周邊55＇被包在上下包層之間的單一油墨層構成，如圖4中顯示的結構。代替圖形物55的正文56的分立線可被包在上下包層之間，例如具有依照圖5、圖6或圖7的結構。如58所指示的，句子中的單字可能被分別包在上下包層之間。
圖9顯示了從依照本發明轉印標籤覆印轉印層到可重複利用的包裝箱59的過程的示意圖。
現在依行進順序描述標籤覆印工藝。操作臺60顯示了通過用火焰加熱器或燃燒爐60＇預熱處理的表面處理和溫度穩定化步驟。為粘合兩層聚合材料，必須考慮很多因素，如潔淨度、壓力、溫度、接觸時間、表面粗糙度、貼附時的運動方式和粘合劑膜的厚度。另一重要因素是臨界表面張力。測量臨界表面張力的通常方法是採用熟知的Dyne溶液。對大多數粘合劑塗布的情況而言，聚乙烯的臨界表面張力是每釐米31達因。一系列試驗測試表明，對於前述粘合劑對聚乙烯表面的最強粘合，每釐米60到70達因的處理水平是必須的。進一步對商業上可得到的設備的測試表明，火焰處理法優化了為達到所需臨界表面處理所需的投資費用、操作費用和時間。
對於迅速發粘並保持的粘合劑，在標籤粘合劑與聚乙烯包裝箱59接觸前，必須在操作臺61加熱聚乙烯包裝箱。為避免容器形變，不要將表面加熱到超過200°F(93℃)。由於火焰處理前的表面溫度大約125°F(52℃)，還必須在操作臺61加熱表面大約75°F(24℃)。這裡再一次，有許多加熱方法可選擇。熱空氣、附加火焰加熱器、燃氣紅外板和電陶瓷板均被試驗後發現，要麼加熱太慢要麼難於控溫。試驗還發現，有用於標籤轉印定位的區域帶控制(zonal band control)的電加熱平板融凝石英發射盤61＇提供了紅外能量最大值的自由空氣傳導，而不影響周圍環境。對於聚乙烯採用輻射係數0.9，在1625°F(900℃)到1725°F(940 ℃)之間的期望發射盤溫度，將發出對峰吸收紅外能量的最有效波長(2.5到3.2微米)。測試單元定為每平方英寸60瓦。對所需的75°F(24℃)，從距離發射盤2.5釐米的位置加熱聚乙烯表面的時間是4.5秒。
操作臺62說明了標籤覆印方法，用這種方法，從聚丙烯膜基體轉印印油墨材質到聚乙烯表面，用熱活化粘合劑有觸知的特性克服對電暈處理過的矽氧烷塗層上的轉印層的束縛。影響轉印的因素，是接觸時間、接觸時所採用的溫度和壓力以及接觸時的膜張力，尤其是油墨剝離後膜上的張力。壓力輥63直徑也是一個因素但不是一個可變量。對本文方法，輥直徑是38mm。輥63用中間有一鋼芯的矽氧烷橡膠製成，橡膠硬度範圍從肖氏A級50到80。應該指出，在更高硬度下，橡膠輥的形變(被壓平)也很小，所以接觸面積更小，轉印壓力更大。當接觸時間最少時，在大的線速度時這非常重要。因此，一個包裝箱每分鐘移動18.3米(每分鐘60英尺)通過直徑38毫米的輥時，每滾動1°接觸時間為1毫秒，輥沒有形變。
輥壓力由傳統電磁閥激發的氣缸64提供，電磁閥依次由兩個相鄰開關控制，一個使輥前進，另一個使其後退。其它方法，如機械連接很顯然，這裡不贅述。壓力分散在整個氣缸長度上，對本例特殊標籤，需要從每釐米輥長度上轉印12千克到17千克。
這樣，靠粘在高能包裝箱表面的熱活化粘合劑，本發明使膜精確地與包裝箱以相同速率通過輥子。可自由轉動的壓力輥63保持與膜和包裝箱的線速率相同的切線速率。這樣油墨徹底被轉印且沒有變形。
為快速徹底粘合起見，壓力輥63塑在中空的芯上。其間懸一通過控制器操作的加熱電阻。500瓦級別的加熱元件，保持輥表面在任何預設溫度。為本發明目的，輥表面溫度在250°F和370°F之間(120℃和190℃)。
許多覆有矽氧烷的聚合物膜可用作轉印基體，高溫膜如聚酯可與熱輥持續接觸操作。低溫膜如聚丙烯在標記操作的間隙，必須防止與熱輥接觸。為此，當輥後退時，採用膜導帶65帶來支撐膜。安裝導帶65，在導帶和標記表面之間保持大約13mm的間隙。同時膜後的輥子後退大約13mm。通過保持該間隙避免了膜如聚丙烯膜的拉扯和扭曲。高溫膜不需要導帶。
研究發現，膜張力，尤其是膜離開輥的一端，對完成油墨轉印至關重要。通過試驗，發現大約2.5千克的持續壓力非常有用。這可通過彈性負載拉力自動調整裝置(spring loaded dancer arm)和輥子來實現。
用傳統的咬合輥和步進馬達來推進膜到下一個標籤，並通過用印製的標誌引發光掃描裝置來精確定位。
為保護油墨以防搬運時不小心刮擦，同時增加室外存放時耐氣候的能力，在操作臺66塗布丙烯酸基水蠟乳液。這通過用裝有帶可控塗料量的溼輥的輥塗機68來塗布。控制是通過刮刀實現的。膜良好地擴展，越過油墨圖案的邊緣並封口以防溼氣侵入。
最後加工步驟是把塗層、標籤油墨層和粘合劑層在操作臺67通過火焰加熱器67＇聚結在一起並使粘合劑層和由包裝箱59形成的聚乙烯基體相互擴散。這個發現是通過對多種加熱體系的廣泛試驗得到的。由於火焰處理被發現是提供標籤粘合所需表面能的最佳技術，所以，標籤的火焰處理和複合塗層被發現是擴大所需的水浸泡耐久力的最佳技術，不用犧牲覆印膜的機械性能或改變其外觀特性，也不用扭曲聚丙烯包裝箱59。
為了解釋影響優選的本發明轉印標籤的粘合和清洗性能的各種性質，進行了下面的試驗，包括下文描述的清洗試驗、鉛筆刻劃試驗、水吸收/釋放試驗和水蒸汽透過率試驗。
清洗試驗為確定本發明標籤的最佳清洗條件，具有圖4中顯示的規格的轉印層50被覆印在聚乙烯包裝箱上。標籤尺寸約10×10釐米，粘合劑層54是100％發粘溫度為79℃的聚氨酯粘合劑。採用圖9輥63的155℃的溫度、2.5巴輥壓下覆印標籤。包裝箱的預熱溫度(在圖9中的操作臺60和61)是75℃。包裝箱59通過標籤覆印機的速率是每分種40個包裝箱。為了決定在圖9操作臺67中，已覆印標籤的包裝箱被加熱的後處理溫度的影響，分別試驗了後處理溫度40℃、65℃和90℃。標籤覆印後，包裝箱在20℃溫度下放置至少24小時。然後，已覆印標籤的包裝箱，浸泡在溫度分別為20℃、50℃、70℃的0.5％NaOH溶液中。
包裝箱浸泡在20升沒有湍流的浸泡液中，採用10～50秒的浸泡時間，用噴頭以6升/分鐘速率噴灑已浸泡過的包裝箱，在其後2秒內，標籤被徹底除去。
第二套包裝箱在覆印標籤後，塗布了一蠟層，如在圖9中操作臺66那樣。
在2秒內去除標籤需要的浸泡時間對後處理溫度的結果在表Ⅰ和Ⅱ給出。從表Ⅰ，其結果在圖10以圖的形式列出，可以看到，對於沒有塗蠟層的標籤，在浸泡液溫度高於20℃時，浸泡時間減少很多。對於90℃的後處理溫度，標籤耐久力增加，浸泡時間保持5秒以上。
表Ⅰ包裝箱清洗試驗(未覆蠟層
還發現，最佳後處理溫度在65℃和90℃之間。後處理溫度低於65℃時，被覆印的轉印層聚結太少，以致所覆的轉印層沒有足夠的耐久力，在存放和使用時容易除去。後處理溫度高於90℃時，轉印層的耐久力太大，不能以經濟可行的方式實現快速去除。在用噴頭噴灑期間，發現浸泡後標籤從包裝箱上脫落，碎成幾片(2到4片)。
在圖9操作臺67中的火焰處理步驟前，在操作臺66塗上蠟層時，標籤耐久力增大，浸泡時間增加。從表Ⅱ中可見，對於0.5％的苛性鹼溶液，蠟塗層導致了較長的浸泡時間。表Ⅱ的結果以圖的形式列在圖11中。
表Ⅱ包裝箱清洗試驗(覆蠟層)
還發現，只採用20℃高壓水噴射，壓力120巴，傳送帶速度為每分鐘15米，噴射角90度，距離10釐米，上文敘述的清洗試驗不能去除標籤。即使對於沒有蠟層和後熱處理過的標籤，通過高壓水噴射也不能去除。
鉛筆刻劃試驗鉛筆刻劃試驗的目的是檢定採取不同方法如蠟覆蓋層和熱處理使標籤層聚結得到的標籤的最小和最大耐久力。覆或不覆蠟層的被施以不同後加熱溫度的有標籤包裝箱用來試驗。
用和上文敘述的清洗試驗同樣的標籤，以同樣條件印在包裝箱上。
依由Erichsen(PO Box 720,D-5870 Hemer Germany)提供的抗劃試驗(scare resistance)範例435進行鉛筆刻劃試驗。
劃試驗中，用帶塑料芯的鉛筆，以與水平90度角在標籤中間刻劃。
標籤覆印後，包裝箱20℃下放置至少24小時。刻劃前，包裝箱浸泡在20℃非湍流水中。刻劃試驗結果在表Ⅲ和表Ⅳ中給出，其中數據以N給出。
表Ⅲ未覆蠟層標籤的鉛筆刻劃試驗(N>
表Ⅳ覆蠟層標籤的鉛筆刻劃試驗(N)
從表Ⅲ和Ⅳ可知，後火焰熱處理不明顯影響幹態轉印層抗劃能力。然而，從浸泡後更高的鉛筆硬度明顯看出，通過後火焰熱處理的轉印層的耐久力明顯增強。表Ⅳ顯示，給標籤覆一蠟層，明顯改善了幹標籤的抗劃能力。110℃溫度的高后火焰熱處理溫度結合覆蠟層，可達到8牛頓刻劃力。具有8牛頓鉛筆硬度的標籤被認為是半永久性標籤，不能以經濟可行的方式去除。
後熱溫度高於90℃，標記時也有問題發生，如在該溫度下幾次覆印後聚乙烯包裝箱變脆，發現包裝箱顏料褪色，軟化的包裝箱在傳送帶上變形，成粒現象發生。
後熱溫度低於65℃，發現，沒有蠟層的標籤的強度不夠。對沒蠟層標籤，乾燥狀態下目標鉛筆硬度應是大約1.2N，且使刻劃力降到0.3牛頓以下所需浸泡時間應在3分鐘以下。對覆蠟層標籤，乾燥狀態下目標刻劃力應是約5牛頓，使劃力降到0.3牛頓以下所需浸泡時間少於10分鐘。有上述性質的轉印層具有耐久性和易洗性的優化組合。
水吸收試驗依照本發明標籤，由於其特殊的水滲透性允許浸泡液透過標籤並使其碎成幾片從容器上脫落，所以容易從容器、尤其從塑料包裝箱上去除。發現標籤優選有在下文描述的水吸收試驗中的3小時後約5g/m2的水吸收。依照本發明標籤有在3小時後高於0低於100g/m2的水吸收。在下文敘述的水釋放試驗中，30分種內，優選標籤的水釋放量是4.5g/m2。依照本發明優選標籤，3小時後的水釋放值高於0(完全屏障)小於100g/m2。
製備兩組樣品，每組包括12.7微米厚的兩個標籤，均處在22.4℃和48％的相對溼度中，每組樣品的每個標籤表面積是85.8cm2。對每組樣品，兩個標籤覆在3英寸×9英寸×0.02英寸潔淨的單片玻璃上。由於標籤極小的重量，每片玻璃上必須覆兩個標籤，以落在克電子秤小數點後兩位的範圍內。
如下製備樣品玻璃載體徹底清潔後放在加熱烘箱中直到其表面溫度約250°F，然後從加熱爐上取下玻璃放在矽氧烷橡膠墊上。立即於玻璃上放上一個標籤，並用矽氧烷橡膠輥使其貼牢。輥連續加壓於標籤全部長度，直到去除全部內容的空氣(大約5-6次往復運動)。玻璃冷卻後，去除支撐膜，然後通過在對流烘箱加熱一潔淨鋁片(比玻璃片稍大)到約250°F，再把玻璃放在鋁片表面(已標記面朝下)以加熱玻璃上表面的方法標記玻璃片另一面。然後如前面所述覆標籤並用矽氧烷橡膠輥使其牢固。再一次當剝離冷卻後去除支撐膜。下一步在兩標籤表面覆乾重0.043g的蠟膜。最後，通過樣品標籤的全部表面快速經過火焰對兩標籤採用丙烷氧化焰施以火焰處理。一旦樣品冷卻，即可用於水吸收試驗。
在直徑33.66釐米，高24.13釐米的不鏽鋼浸泡池中注滿去離子水。注意使水面足夠高能沒過全部樣品。樣品放到池中使最短邊垂直於池底。玻璃載體放在水浸泡池中的一個窄金屬線框上。水浸泡池中插入一熱電偶。經過表Ⅴ給出的每段時間後，從池中取出樣品，吸乾表面剩水，樣品稱重後再放回池中。試驗期內繼續該步驟。結果列在表Ⅴ。對於樣品1,3小時樣品達到其最大吸水0.04克，並在失去其該水平水保持能力前保持到5小時。5小時後失去其保持水的能力。我們認為，引起這個現象的原因是標籤結構降解。對樣品2,3小時樣品也達到其最大吸收0.04克。5小時時，該樣品停止試驗以用於下面敘述的水釋放試驗。
從水吸收試驗得出，厚12.7微米的優選標籤在室溫下3小時後有0.04g/85.8cm2或約5g/m2吸水量。
表Ⅴ水吸收試驗
為從表Ⅴ中數據計算每個標籤重量，參考如下數據每組樣品使用兩個標籤。下午1:00計算樣品1的重量，從下午1:00的讀數中減去上午8:00的讀數，然後除以2。
例如下午1:00的讀數59.85上午8:00的讀數59.77 -0.08/2=0.04克水釋放試驗得到上面水吸收試驗結論後，上面備好的樣品2立即用於水釋放試驗。吸乾樣品除去表面剩水，稱重記錄數據。樣品首先暴露於室溫1.5小時，稱重。稱重後半小時後，樣品放置於預溫(53℃)的試驗烘箱(電加熱小烘箱，Quieny Lab Inc.,20型實驗烘箱或等效的)。樣品在預熱烘箱中放置超過1小時，稱重。然後把樣品放回試驗烘箱，保持3.5小時。
從表Ⅵ可得出，暴露於室溫和溼度(48％)中，30分鐘內樣品2吸收的水被釋放。事實上，樣品比最初重量損失0.01克，這似乎說明貼體籤時它未完全乾燥。所以85.8cm2大小12.7微米厚的優選標籤的水釋放量大於0而小於0.10g/24小時，對給定參數的標籤，30分鐘內平均釋放0.045g。
表Ⅵ水釋放試驗
水蒸汽透過試驗依照本發明標籤耐久性和易洗性的優化組合至少部分取決於標籤對浸泡液的透過性。與水吸收/釋放試驗同樣的厚12.7微米的轉印層樣品，用來做水蒸汽透過試驗。帶15.9毫米直徑圓形口端(orifice)的25毫升玻璃容器，用丙酮洗淨並注入約10毫升去離子水。容器口端區域加熱到大約118°F，用一小塊矽氧烷橡膠作加壓墊，於口端區域牢固覆一圓片轉印層。容器/標籤冷卻後，仔細地取下背膜。覆蠟膜(1.99cm2表面用0.001g)後空氣乾燥，這樣就完成了樣品製備。再取一個與上文敘述的同樣尺寸的玻璃容器，丙酮徹底洗淨並注入10ml去離子水。樣品口端區域同樣被加熱。該樣品作用對照樣品。在26.6小時內，以不同的時間間隔稱完成的樣品。22.2℃,46％相對溼度下，24小時的全部實驗時間內水蒸汽透過率等於568.75g/m2。發現直到時間從0到28分鐘，才達到水蒸汽透過率的平穩態。達到平穩態後24小時之內的水蒸汽透過率發現是約526.93g/m2。
對沒有標籤的對照樣品，24小時全部試驗時間裡的水蒸汽透過率是1085.7g/m2。依照本發明優選標籤24小時後的水蒸汽透過率在50g/m2到750g/m2之間(22.2℃、44％相對溼度)，優選24小時後為約500g/m2。
權利要求
1．包含背層和可剝離地覆於背層上的轉印層的轉印標籤，該轉印層包含油墨層，其特徵在於，該轉印層包含分別在油墨層的每一側面上的上包層和下包層，該上包層和下包層在油墨層周邊外相互接觸形成圍繞該油墨層的密封套。
2．如權利要求1的轉印標籤，其中，該油墨層包含尺寸在0.5mm2和500mm2之間的分立區域，該上包層和該底包層在分立區域外側接觸形成圍繞每個油墨層區域的單個封套。
3．如權利要求1的轉印標籤，其中，當已覆在容器上的轉印層在採用清洗液的清洗工藝中從所述容器上去除時，圍繞該油墨圖案的分立區域的封套的大部分仍是封閉的。
4．如權利要求3的轉印標籤，其中，在清洗工藝中，在不超過20分鐘、優選不超過10秒中所浸泡時間裡，在不超過100℃、優選不超過70℃溫度的水溶液中，在湍流浸泡條件下，該轉印層碎成至少四片，並從該容器上脫落，其中，在轉印層破碎時形成的大部分碎片的大小不小於油墨圖案分立區域的尺寸。
5．如前述任一項權利要求的轉印標籤，其中，該油墨是水溶性的。
6．如前述任一項權利要求的轉印標籤，其中，該上包層包含非染料油墨，該底包層包含粘合劑。
7．如前述任一項權利要求的轉印標籤，其中，該上包層是不連續的並與油墨圖案對齊設置。
8．如前述任一項權利要求的轉印標籤，其中，該底包層是不連續的。
9．如前述任一項權利要求的轉印標籤，其中，在該油墨圖案分立區域外的轉印層對浸泡液是可透過的。
10．如前述任一項權利要求的轉印標籤，其中，該轉印層包含粘合劑層，通過與浸泡液接觸、優選通過溶在浸泡液中，至少是其粘性降低。
11．如權利要求10的轉印標籤，其中，該粘合劑層是非連續的並與油墨圖案對齊設置。
12．如權利要求3或4的轉印標籤，其中，該浸泡液是鹼性水溶液。
13．如前述任一項權利要求的轉印標籤，其厚度在30微米以下、優選在20微米以下，且包層重量在1g/m2到10g/m2之間。
14．如前述任一項權利要求的轉印標籤，包含重量在1到10g/m2之間、優選在3到7g/m2之間的粘合劑層。
15．如前述任一項權利要求的轉印標籤，其中，該粘合劑層包含至少兩層亞層，當覆到容器上時最接近於容器的那個亞層的粘性，具有比位於更遠離該容器的粘合劑層具有更小的粘性。
16．容器，該容器包含了用如前述任一項權利要求的轉印標籤轉印的轉印層。
17．如權利要求16的容器，其中，覆蓋層覆印在該轉印層之上，覆蓋層包含一種丙烯酸蠟。
18．如權利要求17的容器，其中，於容器上覆印轉印層時或之後，覆上該覆蓋層。
19．如權利要求16、17或18的容器，其中，該轉印層在覆到容器上後於40℃到100℃之間、優選50℃到90℃之間的經熱處理。
20．如權利要求15到19中任一項的容器，它包含一個接受轉印層的覆印表面，在覆印表面具有至少每釐米60達因的表面張力。
21．如權利要求16到20中任一項的容器，該容器上的標籤的鉛筆硬度在乾燥狀態下為1N到7N，在20℃水作為浸泡液浸泡1到15分鐘後，其鉛筆硬度小於0.5N。
22．如權利要求16到20中任一項的容器，其中，該容器上的標籤在3小時後的水吸收值大於0小於100g/m2、優選約5g/m2。
23．清洗如權利要求16到22中任一項的容器的方法，包括以下步驟——將容器放置在水浸泡液中，浸泡時間不超過20分鐘、優選不超過1分鐘，浸泡液溫度低於100℃、優選低於70℃，同時使浸泡液湍流，使得該標籤碎成至少四片，每片不小於5微米，並從該容器上脫落，大部分油墨仍然包在封套內，——泵送浸泡液通過一濾篩，並在濾篩上收集標籤殘片，——定期地、優選連續地通過收集或去除標籤殘片清洗濾篩。
24．如權利要求23的方法，其中，該濾篩的開孔尺寸在0.1mm到10mm之間、優選約2mm。
25．如權利要求23或24的方法，包括在將容器放入浸泡液之前和/或之後，用水噴射衝刷容器的步驟。
26．如權利要求22、23或24的方法，其中，該浸泡液包含0.1wt％到5wt％、優選0.5％的NaOH。
全文摘要
本發明涉及包括背層和可剝離地附著在背層上的轉印層的轉印標籤。轉印層包含油墨層和在油墨層每一側面上的上下包層。上下包層在油墨層的周邊外相互接觸形成包圍油墨層的密封套。依照本發明轉印標籤可覆在容器如包裝箱上,在清洗工藝中又容易從上面去除而油墨又不溶在清洗液中。
文檔編號B08B9/08GK1219262SQ97194790
公開日1999年6月9日 申請日期1997年3月19日 優先權日1996年3月20日
發明者託馬斯·林恩·勃蘭特, 尼爾·唐納德·特納, 歐文·安東·羅森斯, 派屈克·約翰內斯·布洛姆 申請人:海內肯技術服務公司