具有高低电晕处理区域的挠性托架的制作方法

专利名称：具有高低电晕处理区域的挠性托架的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种承载饮料罐和瓶的挠性托架。挠性托架具有高低能量处理区域，以提供对容器的摩擦，该区域制造得相对粗糙以防止容器在运输、销售和用户搬运过程中滑落，对用户从托架上取走容器也相对容易。
背景技术：
挠性托架用于承载各种饮料容器如四只包装、六只包装、八只包装、十只包装、十二只包装等，挠性托架是在应用于容器的过程中被拉伸的托架。而容器可由塑料、金属或玻璃制成，挠性托架由塑料制成。
饮料工业面临的一个困难是获得在挠性托架和填充容器之间摩擦和润滑的适当的平衡。如果摩擦太小，而润滑太强，那么当多容器包装被搬运或运送时，填充容器可能从托架中滑出。如果摩擦太大，消费者从托架中取出单个容器可能会困难。同样，因为施放器的夹爪可能会放不开托架，将托架机械应用于容器变得更困难。
用相对少的、廉价的塑料材料形成挠性托架的诱因构成了前述挑战，因此需要使这些材料适合不同尺寸、形状、重量和材料组成的容器。挠性托架通常由聚烯烃组成，例如聚乙烯。托架夹持的容器在重量上可从几克到几千克；范围可从窄到宽，尺寸从短到长；可由各种塑料、金属或玻璃构成；并且可有光滑的标签或其它特征，使其很难在托架和容器之间获得最佳摩擦力。
已经努力在各种应用中来优化托架对容器的摩擦，通过a)添加各种量的纸片和其它添加剂改变粘附力，和b)改变托架带和被夹持容器之间的张力大小。这些改进有时对在挠性托架和容器之间获得最佳粘附是不足的，尤其是当容器大、重和/或具有光滑外表面时。
因此需要一种技术，其可提供大范围的调节来优化挠性托架的夹持能力。

发明内容
本发明涉及一种用于饮料容器的挠性托架，包括多个容器支架，在围绕各容器的容器支架中具有至少一个高能处理区域和至少一个低能处理区域。在此使用的术语“挠性托架”，指的是托架可弯曲和伸展，以将其容器支架部分安装在各容器的颈部、本体或凹部的周围。术语“能量处理”指的是用选自电晕处理、等离子处理及其组合的方法进行表面处理。这些能量处理部分借助氧化、离子化等提高表面能，由此提高处理区域托架对容器的摩擦力。在此使用的术语“低能处理”是指零值电晕或等离子处理，或者任何能级的电晕或等离子处理，其比接收在高能处理区域中的电晕或等离子处理低。
高能和低能处理区域可通过选择性电晕或等离子处理预定的高能处理区域来获得。选择性处理使得区域经历表面氧化和/或离子化，获得托架对容器的高摩擦力。
高能处理区域在支架的处理部分和容器之间提供足够的摩擦力以防止容器在多容器包装的搬运和运输过程中移动。高能处理区域只延伸了各容器支架的一段长度。低能处理区域提供较少摩擦以便容器能够由用户方便取出，还方便了托架生产和将托架机械应用于容器。特别地，低能处理区域提供较低的摩擦表面，来与施放器的夹爪接触，施放器用于将托架施加于容器。美国专利6,122,893公开了施放器的一个实例，该专利被引入作为参考。


图1是本发明的一个挠性托架，具有一个高能处理区域和两个低能处理区域。
图2是本发明的另一挠性托架，具有一个高能处理区域和两个低能处理区域。
图3是与图2相似的挠性托架，具有扩大的高能处理区域。
图4是与图2相似的挠性托架，具有两个高能处理区域和三个低能处理区域。
图5示例性说明电晕处理设备，用于选择性地处理挠性托架或前体膜的一部分。
图6示例性说明一种用于测量托架对容器摩擦力的设备。
图7表示本发明的挠性托架，挠性托架与多个容器相接触。
最佳实施方式参见图1，挠性托架20包括挠性片，挠性片具有形成在其中的多个容器支架22，分别形成用于接收容器的主开口25。挠性托架20由塑性材料制成，较好的如下述的聚烯烃。挠性托架20具有一个相对较高能量处理的内区24，和两个相对较低能量处理的外区26。外区26可受到比内区26少至少25％的能量处理，较好的是少至少50％，更好的是少至少75％的能量处理，并且优选不受能量处理。能量处理较好是电晕处理。可选的，能量处理可是等离子处理。
高能处理的内区24延伸挠性托架20的一段长度。低能处理的外区24也延伸了托架的一段长度。内区24足够宽使得每个容器托架22有具有高能处理和摩擦力的部分21，和具有低能处理和摩擦力的部分23，用于直接与容器接触。内区24可围绕挠性托架20宽度的大约10-90％，较好地大约20-80。
主开口25可具有0.20英寸或更大的直径或最大直径，直径足够大使得容器支架22能够延伸以容纳容器而不被撕裂。在主开口之间还能设置第二开口29，用作对挠性托架20的握持部分。
插入主开口25中的容器可以是具有不同形状和直径的瓶或罐。参见图1，例如，各挠性托架20通过横向伸展容器支架22来安置容器，横向是指如箭头30所示的相对方向。托架支架在伸展时围绕容器设置，并且允许缩回(恢复)，以在容器的凸棱、凹槽或外表面的周围提供滑动配合。挠性托架20的平面图尺寸及其部件，根据最终用途而不同。特别地，最终用途包括但不限于各种尺寸和形状的饮料罐和瓶。
期望不仅仅在与容器接触的一侧能量处理挠性托架20。参见图7，当挠性托架20上装载有大量容器70的时候，容器支架22弯曲并卷曲，以便各支架22的内表面64面对容器70，并且各支架22的外表面66背对容器70。较好的，仅对围绕各支架内表面64的挠性支架侧进行能量处理。当能量处理仅施加到前体膜的一个表面上时具有加工优点，然后剪切前体膜来形成挠性托架20。通过对没有进行能量处理的膜的一侧使用切割装置，可避免切割装置和膜之间的过量摩擦。但是，在挠性托架20的两侧进行能量处理，或者托架上形成前体膜，均在本发明的范围之内。
挠性托架20较好地由塑性膜形成，该膜可通过挤压过程形成，然后剪切形成挠性托架。挠性托架20具有提供足够的结构整体性以承载预期数量容器的厚度。例如，各挠性托架20可具有足够的容器支架22用以承载两个、四个、六个、八个、十个或十二个具有特定重量、体积、形状和尺寸的特定产品的容器，并且可具有相应量的容器接收部分。对于大多数应用，挠性托架20可具有大约3-50密耳，优选大约5-30密耳，通常大约10-20密耳的厚度。
用于形成挠性托架20的塑性膜用聚合物组合物形成。聚合物组合物包括聚烯烃，如聚乙烯。优选聚烯烃是高压低密度聚乙烯。该聚合物优选有支链，并用传统的高压聚合过程制备。低密度聚乙烯聚合物可用齐格勒-纳塔催化剂或单点催化系统来制备。低密度聚乙烯聚合物可是均聚物、或乙烯与一个或多个C3到C12α-石蜡共聚用单体和/或一氧化碳的共聚物。优选低密度聚乙烯聚合物包括一氧化碳共聚用单体，其使托架在紫外线照射下易于老化。
在低密度聚乙烯聚合物中的一氧化碳共聚用单体的含量根据低密度聚乙烯聚合物在共混聚合物中的百分含量而变化。当存在时，一氧化碳共聚用单体可占低密度聚乙烯聚合物的大约0.1-20重量％，优选大约0.5-10重量％，更优选大约1-4重量％。
低密度聚乙烯聚合物应具有大约0.910-0.950g/cm3的密度，优选大约0.920-0.940g/cm3，更优选大约0.925-0.935g/cm3。换言之，术语“低密度聚乙烯聚合物”既包括通常认为具有中等密度的聚乙烯聚合物，又包括通常能够认为具有低密度的聚乙烯聚合物。用ASTMD1238在190℃下测量，低密度聚乙烯聚合物应具有大约0.2-3.0g/10min.的熔融指数，优选大约0.4-0.7g/10min.。
低密度聚乙烯聚合物可组成实质上整个聚合物组合物，或者可用一种或多种附加的聚合物混合而成。在一个具体实例中，聚合物组合物还包括大约1-50重量％的乙烯-α石蜡共聚物塑料，该共聚物塑料具有大约0.850-0.905g/cm3的密度，并用单点催化剂制备。优选该塑料具有大约0.865-0.895g/cm3的密度，更优选大约0.880-0.890g/cm3。α-石蜡共聚用单体可具有3-12个碳原子，优选4-8个碳原子。所需共聚用单体的量用以达到预期塑料密度。通常乙烯-α石蜡共聚物塑料包括大约5-30重量％的共聚用单体，优选约10-25重量％。优选共混聚合物包括大约3-30重量％的塑料，优选大约5-20重量％的塑料。
用ASTMD1238在190℃下测量，单点催化的乙烯-α石蜡共聚物塑料可具有大约0.3-10g/10min.的熔融指数，优选大约0.5-5g/10min.，更优选大约0.8-1.3g/10min.。优选单点催化的乙烯-α石蜡共聚物塑料有Exxon-Mobil化学公司的商品名EXACT、Dow化学公司的商品名AFFINITY和ENGAGE。合适塑料的例子更优选在US5,538,790、授予Arvedson等，和US5,789,029、授予Ramsey等专利中公开，这些专利的公开内容被引入作为参考。塑料增强了托架被刮蹭时的抗撕裂性，断点的拉长以及拉伸后的恢复，这是在ASTMD882-91中用应力-应变试验所测得。
在紫外线存在下使托架不稳定的乙烯-一氧化碳共聚物可以以具有高一氧化碳含量的母料混合物或浓缩物的形式单独提供，或者部分或全部一氧化碳可与低密度聚乙烯和/或单点催化乙烯-α石蜡塑料共聚。不管引进或加入多少一氧化碳，共混聚合物应当具有大约0.1-10重量％的一氧化碳含量，优选大约0.5-5重量％，更优选大约1-2重量％。总之其它聚合物也可加入，以基本维持或增强恢复、伸张度、张力强度和挠性托架的抗撕裂性，和/或为托架提供抗寒性能，抗应力裂纹性能，提高的透明度和其它期望的特性。聚合物组合物可一起被干混和/或熔融混和。典型地，它们被分别供给用于形成挠性托架片的挤压机，并在挤压机中熔融混和。
共混聚合物还可包括一种或多种润滑剂。润滑剂用于避免挠性托架20和容器之间额外的摩擦力，挠性托架20和用于在容器周围安置托架的设备之间额外的摩擦力，和托架制造过程中额外的摩擦力。合适的润滑剂包括具有大约18-20个碳原子和偶极(氨基化合物)端基的长链脂肪酸。偶极端基使得润滑剂朝挠性托架20的表面移动。合适的润滑剂包括erucamide(具有21个碳原子，带有氨基化合物端基)和油酰胺(具有18个碳原子，带有氨基化合物端基)。能加入的润滑剂的量多至1000ppm，优选大约400-600ppm。
如上所述，图1所示实施例的挠性托架20包括具有一个具有高能处理的内区24和两个具有低能处理的外区26，通常由边界线27隔开。低能处理区26最好不受能量处理。由于选择性能量处理，区24表现出比区26高的托架对容器摩擦力。选择性能量处理优选为选择性电晕处理。区24的选择性电晕处理致使每一容器支架22具有较低表面氧化部分21和较高表面氧化部分23(由电晕处理引起)。部分21具有较低的托架对容器摩擦力，部分23具有较高的托架对容器摩擦力。
选择性电晕处理可通过在电晕处理站中电极和不锈钢板之间传送挠性托架20或前体膜来获得。电极可有与区24宽度相对应的宽度，因此只有托架的区24受到处理。挠性托架20或膜可沿纵向运行通过电晕处理站。由区24接收的电晕处理的量取决于电极的长度，挠性托架或膜在电极和板之间运行的速度，和电极和板之间产生的电势的量。
图5示例性说明电晕处理设备40。两个电极44和46串联设置，每个可有大约6英寸长和大约2.5英寸宽(垂直于页面)。可选地，可串联设置较高数量的电极，或者可以使用一个长电极。钢板42位于电极下方，在电极和板之间形成气室50。挠性托架20、或者挠性托架20切割得到的膜在板和电极之间沿箭头48通过。如果每一电极44和46为6英寸长，那么挠性托架20或膜显示12英寸的电晕处理长度。
为了用电晕处理给区24一个耐用的表面氧化，不随着时间的推移而消失，用高瓦特密度处理区24。瓦特密度的范围可为大约20-200watts/ft2/min，优选大约30-150watts/ft2/min，更优选大约40-100watts/ft2/min。已发现高瓦特密度可使区24保持其表面氧化长达一年或更久。提高的容器-托架摩擦力的伴随优点同样会保持很长时间。
如上所述使用电压处理设备40，在15密尔厚的挠性托架或膜的区24中期望的瓦特密度能够通过使用位于钢板42和电极44和46之间的气隙来获得，该气隙为50-200密尔，优选60-150密尔。挠性托架或膜的区24以高达约250ft/min.的速度在板和电极之间通过，导致至少约0.30秒的电晕处理滞留时间。在这些条件下，为获得40-100watts/ft2/min的预期瓦特密度，电晕处理设备40应当使用1.5-1.8千瓦电力。该功率的量产生一电势，在间隙50中转换空气以分离氧和氢原子，一部分与挠性托架或膜的表面反应。
已经发现，如果在制造用于制备托架带的膜时与电晕处理时之间具有等待时间，区24的选择性电晕处理对挠性托架对容器摩擦提供最好的改进。换言之，理想的是使任何一种润滑添加剂能在将表面暴露出来以进行电晕处理之前到达膜表面。如果在膜制造之后、润滑剂到达表面之前太早进行电晕处理，那么润滑剂随后转移到表面并且不会被电晕处理影响。膜制造到电晕处理的等候时期大约会是三天或更长，优选大约七天或更长，最好大约十天或更长。
可选地，区24的选择性能量处理可以是选择性等离子处理。在本领域中等离子处理设备是已知的，并且以前已用于处理塑性织物，用以提高织物中增强纤维的渗透性和粘附性。等离子处理还被用于提高借助金属喷镀过程进行涂覆的膜的金属化。
在典型的等离子处理过程中，通过以无线电频率电磁辐射的形成提供能量使生产气体离子化，从而产生等离子，例如，生产气体可以是氧气、氮气、氩气、氦气或其组合。等离子包括电子、离子和其它高能亚稳种类粒子。单个等离子粒子的能量范围可为约3-20电子伏特。当这些高能粒子与挠性托架20的区24中的表面接触时，该表面借助离子化或化学反应(尤其是氧化反应)而具有能量。
目前，等离子处理比电晕处理更昂贵。由此认为电晕处理对于获得挠性托架20的区24的选择性能量处理是最优选的方法。可利用等离子处理作为获得同样效果的选择性或等效方法，使区24具有选择性高摩擦系数。等离子处理技术可由所述技术领域的技术人员最优化，以适合的线速度和能量，在区24中获得期望的摩擦系数。
由电晕处理或等离子处理在区24产生的摩擦系数是大约0.25-1.0，优选约0.30-0.50，最好是约0.35-0.45，摩擦系数用图6中所示的斜面技术来测量。参见图6，平面支撑板52一端55用枢轴座56设置在水平基板54上。板58放置在板52的相对端附近，板58用与目标容器或与容器上的涂层相同的材料(例如铝)制成。挠性托架材料的膜59，具有至少3英寸的长度和至少1英寸的宽度，被设置在板52相对端57附近的板58之上。具有质量为567克和3英寸×1英寸的低表面尺寸的滑块60设置在3平方英寸的膜59上，其中滑块60的长边(3英寸)平行于支撑板52的斜面。
支撑板52的端部57逐渐抬高，使得倾斜增加，并且支撑板52和基板54之间形成的夹角θ增加。当板52足够倾斜，挠性托架材料的膜59由于作用于滑块60的重力作用开始沿板58的表面滑动。在该点测量夹角θ，摩擦系数μ取决于下列公式μ＝tanθ图2-4表示本发明的挠性托架20的选择性的具体实施例，与在图1中相同的附图标记表述相同的部件。图2表示本发明挠性托架20具有狭窄的容器托架22和主开口25。较高电晕或等离子处理内区24也相对狭窄，并且仅包括各矩形容器支架22的一侧。较低电晕或等离子处理外区26围绕各矩形容器支架22的三侧。图2的挠性托架20没有用作握持部位的第二开口。此外，托架20通过在横向方向上、反向拉伸容器托架来安装容器，如箭头30所示。
图3表示本发明挠性托架20的选择性的具体实施例，除了高电晕或等离子处理的内区24更宽外，与图2中所示的相似。在图3中的挠性托架20中，高电晕或等离子处理的内区24围绕各矩形容器支架22的三侧。较低电晕或等离子处理外区26仅围绕各矩形容器支架22的一侧。图3的挠性托架20对光滑和/或较重容器是有用的，受益于与挠性托架的较大的总摩擦力。较低电晕或等离子处理区26和摩擦力足够大以避免托架20和用于将托架20拉伸和安装到容器上的设备的夹爪之间过度摩擦。
图4表示本发明挠性托架20的选择性的具体实施例，除了有两个高电晕或等离子处理的内区24和低电晕或等离子处理的一个内区和两个外区26外，与图2和3中所示的相似。高电晕或等离子处理内区24围绕各矩形容器支架22的两个短侧。较低电晕或等离子处理外区26围绕各矩形容器支架22的两个长侧。
在图1-4的每个具体实施例中，高能处理区24可通过选择性地应用上述的电晕处理过程来形成，或者选择性地应用等离子处理过程。低能处理区26可暴露于较少或非电晕或等离子处理。
实施例在下列实施例中，电晕处理的板样品有益于制造类似图3中所示的挠性托架。各个挠性托架板由乙烯-一氧化碳共聚物形成，乙烯-一氧化碳共聚物的密度为0.927g/cm3，熔融指数为0.5g/10min.，并且一氧化碳共聚用单体含量占重量的0.75％。乙烯-一氧化碳共聚用单体与500ppm的油酰胺润滑剂混合。
在实施例1中，用非电晕处理制备五个样品，和用1.6KW功率、80ft/min.的线速度和0.75秒的滞留时间、产生96watts/ft2/min.的瓦特密度、用类似图5中所示的电晕处理设备来电晕处理五个样品。电晕处理设备由Corona Designs公司制造，商品名为POWERHOUSE。电晕处理的托架片在制备几天后被电晕处理，使润滑剂在电晕处理之前充分迁移。
大约一年后估算托架片的摩擦力，使用扁平饮料罐材料，其具有“不光滑”的终饰面，由REXAM所有的涂覆铝制成。用图6所示的倾斜摩擦系数检测器测量摩擦力。如表1(下面)所示，一年以后，电晕处理的托架片样品具有大约两倍于未处理样品的平均摩擦系数。
表1(实施例1)

在实施例2中，用非电晕处理制备五个托架片样品，和用实施例1中所述相同方法制备的用电晕处理的五个托架片样品。在这种情况下，大约两年后估算托架片的摩擦力，使用相同的罐材料和技术。如表2所示，即使两年以后，电晕处理的样品具有大约超过两倍于未处理样品的摩擦系数。
表2(实施例2)

实施例3采用获自Plasmatreat Corp的、商标名称为FLUME的等离子处理来进行。0.75英寸宽的窄带被选择性等离子处理。等离子处理的全功率大约为0.25kw。样品片被以20、40、60和80feet/min进行选择性处理。产生的处理滞留时间分别为0.25秒、0.125秒、0.083秒和0.0625秒。在所有速度下都进行了选择性等离子处理，但是在低速度下处理很重。这些样品没有被进一步评估。
虽然在此描述的本发明的实施方案目前是优选的，但是在不脱离本发明的精神和范围下，可以进行各种变型和改进。本发明的范围由所附权利要求限定，所有落入等同含义和范围的改变都应该涵盖在其中。
权利要求
1.一种用于承载多个容器的挠性托架，包括挠性片；和形成在所述片中的多个容器支架，分别形成用于接收容器的主开口；各容器支架具有高能处理部分和低能处理部分；其中能量处理选自电晕处理、等离子处理及其组合。
2.权利要求1的挠性托架，还包括选择性能量处理区域，该区域包含用高能处理的容器支架部分。
3.权利要求2的挠性托架，其中选择性能量处理区域延伸了托架的一段长度。
4.权利要求2的挠性托架，还包括一个或多个非能量处理区域，所述一个或多个非能量处理区域包含用低能处理的容器支架部分。
5.权利要求1的挠性托架，其中用高能处理的容器支架部分具有至少大约20watts/ft2/min的电晕处理。
6.权利要求1的挠性托架，其中用高能处理的容器支架部分具有至少大约40watts/ft2/min的电晕处理。
7.权利要求1的挠性托架，包括2-12个容器支架。
8.权利要求1的挠性托架，还包括一个或多个用作握持部分的第二开口。
9.一种用于承载多个容器的挠性托架，包括由聚烯烃组合物形成的挠性片；形成在所述片中的多个支架，分别形成用于接收容器的主开口；各容器支架具有高能处理部分和低能处理部分；和至少一个选择性能量处理区域，包含高能处理部分；其中能量处理选择选自电晕处理、等离子处理及其组合。
10.权利要求9的挠性托架，其中能量处理包括电晕处理，并且能量处理区域为电晕处理区域。
11.权利要求10的挠性托架，其中选择性电晕处理区域具有大约20-250watts/ft2/min的电晕处理。
12.权利要求10的挠性托架，其中选择性电晕处理区域具有大约30-150watts/ft2/min的电晕处理。
13.权利要求10的挠性托架，其中选择性电晕处理区域具有大约40-100watts/ft2/min的电晕处理。
14.权利要求9的挠性托架，其中能量处理包括等离子处理，并且能量处理区域为等离子处理区域。
15.权利要求9的挠性托架，其中聚烯烃组合物包括高压低密度聚乙烯聚合物。
16.权利要求15的挠性托架，其中低密度聚乙烯聚合物包括一氧化乙烯碳共聚物。
17.权利要求15的挠性托架，其中聚烯烃组合物还包括单点催化的乙烯-α烯烃共聚物塑料。
18.权利要求9的挠性托架，其中聚烯烃组合物还包括润滑添加剂。
19.权利要求18的挠性托架，其中润滑添加剂还包括
20.权利要求18的挠性托架，其中润滑添加剂包括油酸酰胺。
21.一种用于承载多个容器的挠性托架，包括由聚合物组合物形成的挠性片；形成在所述片中的多个容器支架，分别形成用于接收容器的主开口；至少一个选择性能量处理区域，包含各容器支架的一部分；和至少一个非能量处理区域，包含各容器支架的另外部分。
22.权利要求21挠性托架，其中选择性能量处理区域包含选择性电晕处理区域。
23.权利要求22挠性托架，其中选择性电晕能量处理区域具有至少大约20watts/ft2/min的电晕处理。
24.权利要求22挠性托架，其中选择性电晕能量处理区域具有至少大约30watts/ft2/min的电晕处理。
25.权利要求22挠性托架，其中选择性电晕能量处理区域具有至少大约40watts/ft2/min的电晕处理。
26.权利要求21挠性托架，其中选择性能量处理区域包括选择性等离子处理区域。
27.权利要求21挠性托架，其中聚合物组合物包括乙烯聚合物和润滑添加剂。
全文摘要
一种挠性托架(30)，用于承载多个饮料容器，包含多个容器支架(25)，每个支架具有高能处理(26)部分和低能处理(24)部分。能量处理为电晕或等离子处理，高能处理(26)部分提供托架对容器的更好摩擦。通过改变能量处理的等级和被处理部分的相对尺寸，可以控制挠性托架(30)和容器之间的总摩擦量。
文档编号B32B3/24GK1898079SQ200480038083
公开日2007年1月17日 申请日期2004年11月3日 优先权日2003年11月20日
发明者威廉姆·N.·韦弗, 小伊格里·E.·格伦, 莫罗·R.·杰森 申请人:伊利诺斯器械工程公司