专利名称：模内标签用三层共挤压双轴延伸聚丙烯纸及透明膜的制造技术
传统上食品包装(如饮料、酱菜等)、药品(维生素、葡萄、消毒水等)、清洁用品(如洗发精、沐浴精、洗洁精)的装盛容器所使用的瓶、罐标签，均是使用背胶式标签(标签纸经与上胶的离型纸作贴合的成品)，先经印刷程序后，再以自贴标或人工贴标方式，贴附在装盛容器的瓶、罐、盖上。而标签用纸已依使用环境(如浴室、冰箱、水槽等需防水性)及回收作业性(如塑料瓶贴纸材标签，标签撕离会残留纸屑，塑料瓶无法作回收)及消费者对品质需求(纸材标签印刷不够精美)，目前已进步至以塑料材质标签，如PVC(聚氯乙烯)、PP(聚丙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PE(聚乙烯)合成纸，取代传统纸材。但以背胶式标签进行自动工人工方式贴标，业者必须投资自动贴标设备或人工贴标的人力成本费用外，且背胶式标签的材料成本(标签纸、胶、离型纸)及加工费用(离型纸的加工、上胶及贴合的加工)亦是相当大的负担，此外，贴标加工后所剩下的离型纸，此类都是纸与聚乙烯贴合并上离型剂的复合材料，均仅能以垃圾处理无法作资源回收，亦是造成环保上及社会成本的一大负担。
有鉴于上述问题点，目前已有合成纸生产业者如日本王子油化公司已开发生产且公开销售的模内标签用(In-mold label)等级可改善上述背胶式标签在贴标加工设备成本上及环保上的问题。此模内标签采用背面预先作干式热熔胶加工，在经印刷加工程序后，利用制瓶(如吹瓶机)、制罐(如射出机)设备上加装的自动机械手臂，将印刷完成的已上胶的标签，送至模具内的定点后吸附，再与吹瓶或射出成型的塑料如聚丙烯、低压聚乙烯、高密度聚乙烯在模内作一体成型，并利用已预先上好的干式热熔胶与瓶、罐身作粘接。完成的商品瓶、罐身极平整，似如采瓶罐身曲面印刷方式，完全看不出有标签的感觉。
上述日本王子油化公司的模内标签用纸，如上述分析而言，业者只要投资自动机手臂及修改模具费用，即可省下自动贴标机设备或人工贴标作业的人力成本。但由于此预先在背面上转式热熔胶的模内标签用纸成本比背胶式标签贵约1倍，虽长期使用上，以制成品的成本上是有利的，但由于制瓶业及食品、药品、清洁品生产行业的市场竞争相当激烈，对于商品在市场上的销售周期比较没有把握，故业者比较不偏向此投资，这也是模内标签用纸无法大量取代背胶式标签用纸的主因。本发明申请人公司不断地进行市场调查、分析，模内标签要能大量在市场上作销售，唯产品价格要与传统的背胶式标签纸要有一大段价差，才能具有业者使用模内标签的诱因。
为解决上述问题点，本发明申请人公司以开发数年的双轴延伸聚丙烯(BOPP)珠光合成纸的经验，对模内标签用纸不断地进行试验及研究发现只要能将模内标签用纸在制造段不必先在纸背面先作干式热熔胶涂布，也能产生与制瓶、罐材质(PP、LPPE、HDPE)产生良好的粘接品质如此在成本上能具竞争力下，自然具有业者投资机械手臂及修改模具费用使用模内标签的市场诱因。
本发明的模内标签用(In-mold label)的双轴延伸聚丙烯珠光合成纸及透明膜，是采用三层结构(雾面纸面层/发泡中间层/粘接层；亮面纸面层/发泡中间层/粘接层；树脂层/树脂层/粘接层)，其中粘接层所使用的原料如PP、LPPE、HDPE即可与PP、LPPE、HDPE的制瓶、罐材质，在吹瓶及射出成型的模具内作一体成型的粘接，利用化学键结完成。不必靠预先在背面上转式热熔胶方式，故在制成品(已上标签的瓶、罐)的成本上优越，分析如下(一)省去使用离型纸(纸去作PP淋膜，并上离型剂)材料费用。
(二)省去离型纸上粘贴胶的费用。
(三)省去自动贴标签设备及人工贴标费用。
本发明的模内标签用的双轴延伸聚丙烯珠光合成纸是白色三层结构，其中纸面层分别为白色雾面及透明亮面纸面，主要供印刷性及印刷效果呈现的纸面设计。发泡中间层主要是降低比重，提供白度及不透明度的设计考量，而粘接层则是提供与制瓶、罐材质在模具内作一体成型的粘接性。本发明的模内标签用的双轴延伸聚丙烯珠光合成纸的三层结构，是利用三台押出机，以三层共押出方式制造，而使用的押出机种类，本公司经多年的究开发经验，共可采用以下几种型式的押出机进行生产，说明如下一、单螺杆押出机(一)一般单螺杆押出机使用较贵的填充剂复合粒，但产速受到较大限制。
(二)采用Hopper抽气单螺杆押出机使用较贵的填充剂复合粒，但产速略可提升。
(三)采用套筒抽气式单螺杆押出机使用较贵的填充剂复合粒，但产速及添加量都不受限制。
二、套筒可抽气式，具侧供料装置的双螺杆押机。
除可直接使用粉状填充剂外，且添加量及产速均不受限制。
基于成本且专机生产的品质稳定考量，本公司主要系采用可抽气式、具侧供料装置的双螺杆押出机进行生产，但任何一种生产方式所进行的配方考量，均是要达到不另外上胶而有与容器瓶、罐达一体成型的效果。(请参考实施例说明)本发明的模内标签用的双轴延伸聚丙烯透明膜，于上、中树脂层所使用的原料主要是聚丙烯或聚丙烯所衍生的共聚合物；下层的粘接层也是使用与制瓶、罐相同材质，增加在模具内作一体成型的粘接性考量。此三层共押出所使用的三台押出机，上述三种型式的任一种均可搭配生产，本公司主要采用制程单纯的单螺杆押出机来生产，惟任何一种生产方式所进行的配方考量，均是要达到不另外上胶而能有与容器瓶、罐达一体成型的效果。
图1以可抽气、具侧供料装置的双螺杆押出机制造三层共压双轴延伸聚丙烯用于模内标签的珠光合成纸的二种结构图(1)雾面纸面层/发泡中间层/粘接层的珠光合成纸结构；(2)亮面纸面层/发泡中间层/粘接层的珠光合成纸结构。
图2以一般单螺杆押出机制造三层共压双轴延伸聚丙烯用于模内标签的透明膜的结构图(1)树脂层/树脂层/粘接层的透明膜结构。
图3本发明的制造装置图(1)-1珠光合成纸制造的可抽气式具侧供料装置的双螺杆押出机装置；(1)-2透明膜制造的单螺杆押出机装置；(2)冷却成型轮装置；(3)纵向延伸装置；(4)横向延伸装置；(5)电晕处理装置；(6)卷取装置。
本发明的模内标签的双轴延伸聚丙烯珠光合成纸是三层结构，其雾面/亮面纸面层是由一台具侧供料装置的可抽气式双螺杆#1副押出机对含有顺式度97％以上高结晶性聚丙烯97-50重量％，聚乙烯0-30重量％，抗粘剂0-5重量％，紫外线吸收剂0-5重量％，抗静电剂0-3重量％由#1副押出机的入口经混合后入押出机，另碳酸钙粉末0-50重量％，二氧化钛粉末0-20重量％，由#1副押机侧供料装置入口经计量后混合入副押机；发泡中间层是由一台具侧供料装置的可抽气式双螺杆主押出机对含有顺式度97％以上高结晶性聚丙烯95-45重量％，抗静电剂2-5重量％，由主押出机的入口经混合后入押出机，另碳酸钙粉末5-50重量％，二氧化钛粉末5-10重量％，由主押出机的供料装置入口经计量后混合进入主押出机；而粘接层是由一台具侧供料装置的可抽气式双螺杆#2副押出机对含有顺式度97％以上高结晶性聚丙烯100-50重量％，聚乙烯0-30重量％，高密度聚乙烯0-20重量％由#2副押出机的入口经混合后入主押出机；上述三台押出机挤压物汇流经一T型模头以三层共挤压方式压出，形成雾面亮面纸层/发泡中间层/粘接层的板片，并经双向延伸、电晕处理、卷取而得雾面纸面或亮面纸面的模内标签的双轴延伸聚丙烯白色珠光合成纸(如图1所示)。
本发明的模内标签用的双轴延伸聚丙烯透明膜，也是采三层结构，其上层树脂是由#1单螺杆副押出机对含顺式度97％以上高结晶性聚丙烯97-77重量％，聚乙烯0-20重量％，抗粘剂3-5重量％，由#1副押出机的入口经混合后入押出机，而中层的树脂层是由一台单螺杆主押出机对含有顺式度97％以上高结晶性聚丙烯97-87重量％，聚乙烯0-10重量％，抗静电剂3-5重量％由主押出机入口经混合后入主押出机；而下层的粘接层是由#2单螺杆副押出机对含有顺式97％以上高结晶性聚丙烯100-50重量％，聚乙烯0-30重量％，高密度聚乙烯0-20重量％由#2副押出机的入口经混合后入押出机；上述三台押出机挤压物汇流经一T型模头以三层共挤压方式挤压出，形成树脂层/树脂层/粘接层的板片，并经双向延伸、电晕处理、卷取而成模内标签用双轴延伸聚丙烯透明膜，如图2所示。
本发明的模内标签用双轴延伸聚丙烯珠光合成纸及透明膜，其粘接层的配方组合及厚度范围，与一体成型的瓶、罐容器表面的粘接强度有着密切关系；如粘接层的厚度愈厚，粘接强度会普遍提升，如瓶、罐容器是采用HDPE材质，则粘接层的HDPE原料用量比例也要作适当的提升。
本发明方法所用制得的双轴延伸聚丙烯珠光合成纸及透明膜，主要作用在模内标签用途；其制程所使用的原料种类及特性，说明如下本发明所使用的聚丙烯树脂为选用熔融指数(以下简称MFI)0.5-12(230°/2.16Kg ASTM D1238)的大多为顺式(ISOTACTIC)的均一聚合物，可由选用不同MFI值及分子量分布原料，配合延伸倍率来控制珠光合成纸的机械强度及厚度均匀性；另为使纸面层能达到不同光泽度的仿纸化效果乃配合聚乙烯、无机粉末，由用量比例来调整，以控制纸张面的光泽度、书写流畅性、印刷适性效果，此用于纸面层的聚乙烯可选用MFI 0.1-14的等级；另粘接层所使用的聚乙烯或高密度聚乙烯则选用MFI 0.1-7等适用于双向延伸制程的原料等级。
本发明方法所使用的无机粉末，其主要作用是要降低珠光合成纸的产品密度，提高遮蔽性、耐热性，更可使纸面层产生优良的印刷适性；无机粉末可选用碳酸钙、硅酸钙、滑石粉、硫酸钡、硅藻土、二氧化钛等而成的群体的一种或掺合多种使用，其粒径范围为0.1-10μ，其粒径及用量视产品的用途及品质而定，并可依产品用途，添加紫外线吸收剂或提高二氧化钛用量，来达到产品所需的耐候性品质。
本发明方法所使用的抗静剂，可采现行一般双轴延伸聚丙烯所用的抗静剂均可，主要为叔胺类，可由叔胺类的电荷转移特性以消除因加工磨擦生成的静电效应。
本发明方法在生产中为防止卷取成品间相互粘结，另需加入抗粘剂，可使用现行一般双延伸聚丙烯制程所使用的，例如二氧化硅(SLLICA)、粘土(CLAY)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、玻璃珠(CLASS BEAD)等的任一种。
本发明方法的产品比重，就白色珠光合成纸而言，在0.5-0.90之间，可依产品用途，成本需要以组合物配方改变方式达成；用意是使消费者可在相同单位重量下，有较多的使用面积，在使用上更加经济。而就透明膜而言，比重宜在0.89-0.93之间。
以下就本发明方法制得的用于模内标签用的双轴延伸聚丙烯珠光合成纸及透明膜，所采用制程配合附图的装置、步骤、并予说明如下(一)押出机装置(图3的(1)-1及(1)-2)1.珠光合成纸制造的可抽气式具侧供料装置的双螺杆押出机装置(图3的(1)-1)包括一台具侧供料装置的可抽气式双螺杆主押出机及二台具侧供料装置的可抽气式双螺杆副押出机，其温度设定条件受树脂组合物的原料组合、MFI、结晶度及生产线速、产品厚度的不同而异，惟通常温度设定在于180℃-280℃范围间。
2.透明膜制造的单螺杆押出机装置(图3的(1)-2)包括一台单螺杆主押出机及二台单螺杆副押出机，其温度设定范围也依原料种类、MFI、结晶度及生产线速、产品厚度的不同而异，惟通常温度设定在于200℃-280℃范围间。
(二)冷却成型轮装置(图3的(2))可采用水冷式或气冷式冷却装置，是对经高温180-280℃三层共挤压出的溶融挤压物予冷却成型；此制程的冷却温度控制是否得宜，与其后制程步骤的顺利与否，有甚大关连性；其冷却温度通常设定在15-65℃间，视合成纸板片的厚度及生产线速而定，可在此范围内适度调整。
(三)纵向延伸装置(图3的(3))经冷却成型的纸板送入本装置，先在115-150℃(视所需制得的纸板厚度及生产线速而定)予以预热，使纸板软化，再以二段作低速及高速延伸，赋予合成纸及透明膜在纵向的机械强度，再予以回火定形，通常纵向延伸倍率是设定在3-6倍。
(四)横向延伸装置(图3的(4))对经上述纵向延伸后的较薄纸板先在140-195℃间(视纸板厚度及生产线速而定)予以预热软化，再作这一横向延伸，最后再予回火定形，使珠光合成纸作部份回缩增加尺寸稳定性；此可依制品的特性要求而定。
(五)电晕处埋装置(图3的(5))此处理是为使珠光合成纸及透明膜能改善纸面及膜面的物理特性，使能适于印刷、涂布、上胶、贴合等不同的加工用途；处理功率为20-120kw高周波放电装置(视生产线速予以调整)进行单面或双面电晕处理，使表面的润湿张力达到36-48dyne/cm。
(六)卷取装置(图3之(6))是利用一金属管将上述所生产完成之珠光合成纸卷取成8M宽的成品，其后并可依视需要予以分条、切片、包成25-250μ卷装要求片装产品。
为使明了本发明之技术内容，以聚丙烯原料系统经此双向延伸制程得之用于模内标签的双轴延伸聚丙烯珠光合成纸及透明膜；兹以下列实施例说明本发明方法，唯此并非以限定本发明专利的范畴。
实施例1(厚度80、100μ的白色雾面纸面珠光合成纸如附样一、二)将聚丙烯(MFI2.0)75重量％、抗静电剂5重量％由具侧供料可抽气式双螺杆主押出机入口混合后进入，另将碳酸钙粉未15重量％、二氧化钛粉粉末5重量％由侧供料器混合后进入主押出机内(以上是发泡中间层段)；并将聚丙烯(MFI2.4)65重量％、聚乙烯10重量％、抗粘剂2重量％、紫外线吸收剂2重量％由具侧供料可抽气式双螺杆#1副押出机入口混合后进入，另将碳酸钙粉末15重量％，二氧化钛粉末5重量％由侧供料器混合后进入#1副押出机内(以上是纸面层段)；再将聚丙烯(MFI2.0)80重量％、聚乙烯(MFI1.0)20重量％由具侧供料可抽气式双螺杆#2副押出机入口混合后进入#2押出机内(以上是粘接层段)，并在押出机温度200-280℃下，以三层共押出方式经T型模头押出，经冷却轮在15-60℃温度范围下，将聚丙烯珠光合成纸板冷却成型，成型的纸板进入纵向延伸装置，在温度设定在120-150℃下，先予以预热，再作5倍纵向延伸，延伸后再予以回火冷却；冷却后再进入横向延伸装置，在温度设定150-185℃下，先予以预热，再作9倍延伸，延伸后再予以回火冷却，以控制合成纸回缩率，出横向延伸装置后，再经电晕处理，使合成纸有良好之印刷适性，最后再以卷取机卷取；以上述方法制得厚度80、100μ以下的雾面纸面珠光合成纸，用于模内标签与瓶、罐之吹瓶与射出的一体成型，标签面无橘皮收缩现象，不会包覆空气且粘接强度佳。
以本实施例制得的厚度80、100μ的白色雾面纸面珠光合成纸的物理性能如下表所示。<
施例2(厚度72、92μ的白色亮面纸面珠光合成纸如附样三、四)将聚丙烯(MFI2.0)70重量％、抗静电剂5重量％由具侧供料可抽气式双螺杆主押出机入口混合后进入，另将碳酸钙粉未20重量％、二氧化钛粉粉末5重量％由侧供料器混合后进入主押出机内(以上是发泡中间层段)；并将聚丙烯(MFI2.0)95重量％、抗粘剂3重量％、紫外线吸收剂2重量％，由具侧供料可抽气式双螺杆#1副押出机入口混合后进入(以上是亮面纸面层段)，再将聚丙烯(MFI2.0)80重量％、聚乙烯(MFI1.0)20重量％由具侧供料可抽气式双螺杆#2副押出机入口混合后进入押出机内(以上是粘接层段)，并在押出机温度200-280℃下，以三层共押出方式经T型模头押出，经冷却轮在15-65℃温度范围下，将聚丙烯珠光合成纸板冷却成型，成型的纸板进入纵向延伸装置，在温度设定在120-150℃下，先予以预热，再作9倍纵向延伸，延伸后再予以回火冷却；冷却后再进入横向延伸装置，在温度设定150-185℃下，先予以预热，再作9倍延伸，延伸后再予以回火冷却，以控制合成纸回缩率；出横向延伸装置后，再经电晕处理，使合成纸有良好之印刷适性，最后再以卷取机卷取；以上述方法制得厚度72、92μ亮面纸珠光合成纸，用于模内标签与瓶、罐之吹瓶与射出的一体成型，标签面无橘皮收缩，不会包覆空气且粘接强度佳。以本实施例制得的厚度72、92μ的白色亮面纸面珠光合成纸的物理性能如下表所示。
实施例3(厚度100μ的双轴向延伸聚丙烯透明膜，如附样五)将聚丙烯(MFI2.0)95重量％、抗静电剂5重量％由单螺杆主押出机入口混合后进入主押出机，另将聚丙烯(MFI2.0)97重量％、抗粘剂3重量％由单螺杆#1副押出机；再将聚丙烯(MFI2.0)80重量％、聚乙烯20％重量由单螺杆#2副押出机混合后进入#2副押出机在200-280℃下，以三层共押出方式经T型模头押出，经冷却轮在15-65℃温度范围下，将聚丙烯透明膜板冷却成型，成型的膜板进入纵向延伸装置，在温度设定在120-150℃下，先予以预热，再作5倍纵向延伸，延伸后再予以回火冷却；冷却后再进入横向延伸装置，在温度设定150-185℃下，先予以预热，再作9倍延伸，延伸后再予以回火冷却，以控制透明膜回缩率；出横向延伸装置后，再经电晕处理，使透明膜有良好之印刷适性，最后再以卷取机卷取；以上述方法制得厚度100μ双轴延伸聚丙烯透明膜，用于模内标签不会包覆空气且粘接强度佳，与瓶、罐之吹瓶与射出的一体成型，标签面无橘皮收缩现象。以本实施例制得的厚度100μ的双向延伸聚丙烯透明膜的物性如下表所示。
权利要求
1.一种供模内标签用聚丙烯珠光合成纸及透明膜的制法，其特征在于采用三层共挤压方式，包括以下工艺步骤(1)三种配方原料分别使用三台押出机进行三层挤压将以顺式度为97％以上的高结晶性聚丙烯树脂和无机组合物为主要原料的三种不同配料分别经用主副三台具有侧供料装置的可抽气式双螺杆押出机和/或单螺杆押出机进行三层挤压押出，得到三层共挤压产物；(2)三层挤压物再经三层共挤压方式押出形成纸板片或膜板片将三台押出机产出的挤压物，汇流经同一T型模头在180-280℃以三层共挤压方式挤压出，使成为纸面层或树脂层/发泡中间层或树脂层/树脂粘接层的珠合成纸板片或透明膜板片，然后将熔融押出物经15-65℃冷却轮冷却成型；(3)三层纸板片或膜板片的双轴向延伸即先将纸板片或膜板片送入设定温度在115-150℃下的纵向延伸装置中，作预热、延伸、回火处理的3-6延伸倍率的纵向延伸；再送入设定温度在140-195℃下的横向延伸装置中，作预热、延伸、回火处理的5-12倍延伸倍率的横向延伸；(4)电晕处理和卷挠成卷即将双轴向延伸的合成纸或膜经用20-120KW功率下的高周波放电装置进行电晕处理，再以卷挠机卷取成为模内标签用的雾面纸面层/发泡中间层/粘接层，或亮面纸面层/发泡中间层/粘接层的三层结构聚丙烯白色珠光合成纸，或树脂层/树脂层/粘接层的三层结构的聚丙烯透明膜。
2.如权利要求1所述的供模内标签用聚丙烯珠光合成纸及透明膜的制法，其特征在于所说的以聚丙烯树脂和无机组合物为主要原料是指熔融指数为0.5-12的聚丙烯，还可添加聚乙烯和无机粉末，无机组合物是选自碳酸钙、二氧化钛、硅酸钙、硫酸钙、滑石粉、硅藻土中的一种或多种，其粒度范围为0.1-10μ。
3.如权利要求1所述的供模内标签用聚丙烯珠光合成纸及透明膜的制法，其特征在于所说的聚丙烯树脂和无机组合物为主要原料的三种不同配料和挤压加工，对珠光合成纸而言，其三层或三种配料成份和押出机分别为A纸面层是由顺式度97％以上的高结晶性聚丙烯树脂97-50重量％，聚乙烯0-30重量％，抗粘剂0-5重量％，紫外线吸收剂0-5重量％，抗静电剂0-3重量％、碳酸钙粉末0-50重量％，二氧化钛粉末0-20重量％组成，由具有侧供料装置的可抽气双螺杆#1副押出机押出；B发泡中间层是由97％以上高结晶性聚丙烯树脂95-45重量％，抗静电剂2-5重量％，碳酸钙粉末5-50重量％，二氧化钛粉末5-10重量％组成，由具有侧供料装置的可抽气式双螺杆主押出机押出；C粘接层是由97％以上高结晶性聚丙烯树脂100-50重量％，聚乙烯0-30重量％，高密度聚乙烯0-20重量％组成，由具有侧供料装置的可抽气式双螺杆#2副押出机押出；对透明膜而言其三层或三种配料成份及押出机分别为A上层树脂是由顺式度97％以上高结晶性聚丙烯97-77重量％、聚乙烯0-20重量％、抗粘剂3-5重量％组成，由单螺杆#1副押出机押出，B、中层树脂层由顺式度97％以上高结晶性聚丙烯97-87重量％、聚乙烯树脂0-10重量％，抗静电剂3-5重量％组成，由单螺杆主押出机押出，下层粘接层是由高结晶性聚丙烯100-50重量％、聚乙烯0-30重量％、高密度聚乙烯0-20重量％组成，由单螺杆#2副押出机押出。
4.如权利要求1或3所述制法制得的聚丙烯珠光纸及透明膜，其特征在于聚丙烯珠光纸的比重为0.5-0.90，而聚丙烯透明膜的比重为0.89-0.93。
全文摘要
本发明是有关以三层共挤压方式制得用于模内标签用途的双轴延伸聚丙烯珠光合成纸及透明膜的制造方法,特用单螺杆押出机及套筒可抽气式具侧供料装置的双螺杆押出机制程,对聚丙烯树脂及无机物组合物,分别得到主、副押出机的挤压物,汇流经同一T型模头而成为纸面层或树脂层/发泡中间层或树脂层/树脂层的三层板片,再经冷却形成、双轴延伸、电晕处理,经卷取而成珠光合成纸及透明膜。
文档编号B29C59/10GK1247127SQ9911923
公开日2000年3月15日 申请日期1999年8月26日 优先权日1999年8月26日
发明者林丰钦 申请人:南亚塑胶工业股份有限公司