JP6133909B2 - 物体を巻き付けるためのプラスチックストラップ及び該ストラップの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、１又は複数の物体の周囲に巻き付けるためのプラスチックストラップに関する。

従来、ストラップは、主として鋼から作られており、例えば金属コイルを結びつける、包装品をパレットに固定するなどのために使用されていた。実際には、このような鋼製ストラップの他に、プラスチックストラップもますます使用されている。

そして、ＤＥ１５２９９９５号には、均質な押出軸方向延伸重合体材料からなる、高い引張強度を有するテンションバンドが記載されている。このようなプラスチックストラップは、鋼製ストラップと比較して利益を与える。というのは、関連する包装材は切断されず、しかも端部の結合は、例えば摩擦溶着を使用して容易に行うことができるからである。しかしながら、プラスチックストラップは、高温に適していない。

熱溶着は、特に、ＤＥ４００７５６０［米国特許第５００６３８５号］に記載されている。さらに、この特許文献は、一般に、個々のプラスチックストラップストリップをプラスチックストラップ材料から切り出す可能性を扱っている。この目的のために、プラスチックストラップ材料をフィルム材料として製造し、切断してバンドにし、その後延伸を施してミクロ分子鎖の平面配向を達成する。

さらに、例えば、ＷＯ２００３／０８７２００［米国特許第７６２５６２８号］に記載されるように押出成形を直接用いてプラスチックストラップを製造することももちろん可能である。また、ここでは、ポリエステル及び化学的に変性されていないポリオレフィンから実質的になるプラスチックストラップも記載されている。

結果として、このようにして製造されたストラップは、長手方向の裂けに対する抵抗性が増大しているはずである。それにもかかわらず、上記の効果は、知られているプラスチックストラップの温度安定性が所定の方法で損なわれるという欠点を伴う。これは、主成分のポリエステルとポリオレフィン、例えばポリプロピレンとの混合物に起因する場合がある。というのは、ポリエステルの融点は約２７０℃であるのに対し、ポリプロピレンの融点は１３０℃であることが観察されたからである。したがって、既知のプラスチックストラップは、温度がストラッピング手順中に上記範囲内にある物体に巻き付けるためには使用できない。さらに、既知のプラスチックストラップには、先に使用した溶着プライヤーの温度を所定の状況では両端を結合させるように調節しなければならず、これにより顧客やユーザーによる関連のバンドの受け取りが減るというさらなる欠点がある。

また、この根本的な問題は、特開平１１−２４５２９０号公報に開示されたストラップでも直面している。実際に、問題のストラップは、６０質量％まで又はそれ以上のポリエステルを含む原料から製造されている。さらに、例えばポリオレフィンなどのエラストマーを１〜２０重量部の重量割合で添加することができる。また、例えば、難燃剤、安定剤、着色剤などのさらなる添加も言及されている。しかし、これらの対策は、温度安定性の欠如又は所定の用途にとっては不十分な継続的強度に関しては何も変えていない。

ＧＢ１１３２０６０号には、引張強度を高めることにも関連するプラスチックストラップが記載されている。実際に、これは押出フィルムストリップに適用され、その後、それから個々のストラップストリップを切り出すことができる。この目的のために、ＧＢ１１３２０６０号には、ポリオレフィンベースを有するプラスチックバンドについて、総質量に対して１〜３０質量％の繊維材料を使用することが教示されている。この場合、繊維材料は、長手方向に配向される。そのため、このような方法は、個々のストラップ材料の製造には使用できない。というのは、このような個々のバンドの幅は典型的には２０〜３０ｍｍで、厚さが１ｍｍ又は１．５ｍｍまでだからである。

ＧＢ１１３２０６０号に対応するフィルムのフィルム又はフィルムストリップからの個々のストリップの製造には不利益がある。というのは、フィルムストリップは、一貫して同様の材料厚さで製造することがほとんどできないからである。さらに、繊維が添加された場合には不均一性に関する懸念がある。プラスチックバンドの端部が互いに確実に固定できるように、材料の厚みを可能な限り一貫した状態に保持することが特に重要である。この目的のために、通常は、上記溶着プライヤー又は溶着トングを用い、それによってプラスチック溶着プロセスや摩擦溶着継手を用いて作業する。両方の場合において、製造された個々のストラップの材料厚さのばらつきは、これらを閉鎖領域内における全表面に沿って結合させないことの原因となり、それによってこの閉鎖領域が破裂する場合がある。

独国特許第１５２９９９５号明細書 独国特許第４００７５６０号明細書 国際公開第２００３／０８７２００号パンフレット 特開平１１−２４５２９０号公報 英国特許第１１３２０６０号明細書

本発明の目的は、高温安定性のみならず、可能な限り高い強度によりそれ自体を区別するプラスチックストラップを提供することである。さらに、従来の方法と比較して閉鎖領域がさらに強度を有するように、ストラップを可能な限り寸法的に安定なものとして製造すべきである。

この目的は、本発明に従って、次の成分を有する、約１又は複数の物体に巻き付けるためのプラスチックストラップにより達成される：
（ａ）約９０質量％までのポリエステル；
（ｂ）約１質量％〜５質量％のポリオレフィン；及び
（ｃ）約５〜１０質量％の繊維材料。

上記プラスチックストラップ用成分（ａ）〜（ｃ）は主成分であり、そのうち、所定の状況では、不可避的混入物その他の成分があってもよいが、これは、合計で、問題のプラスチックストラップ（乾燥）の１質量％超を占めない。

さらに、重量の詳述における「約」表示は、個々の成分の決定を典型的には示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により行うことを伝えるものである。前述の手順、その使用及びその特性については、著者Ｈｏｈｎｅ、Ｈｅｍｍｉｎｇｅｒ及びＦｌａｍｍｅｒｓｈｅｉｍによる書籍「示差走査熱量測定−実務者のための入門」（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−ベルリンの出版社，１９９６年）を特に参照されたい。いずれにしても、動的示差熱量測定は、「約」によって表現されるそれぞれの重量割合を決定する際のシステムによる不確実性と関連がある。

本発明のプラスチックストラップは、原則として、いわゆる個々のストラップである。すなわち、問題のプラスチックストラップは、必要な幅及び材料厚さで直接押し出されるのであって、例えばシートを切断することによって製造されるのではない。

したがって、本発明のプラスチックストラップは、単一のストラップストリップとして設計される。本明細書において、ストラップ又は個々のストラップストリップは、典型的には２ｍｍ〜４０ｍｍの幅又は材料幅、好ましくは５ｍｍ〜４０ｍｍの材料幅を有する。さらに、０．１ｍｍ〜３ｍｍの範囲の材料厚さ、好ましくは０．３ｍｍ〜２ｍｍの材料厚さが創り出された。通常、この時点では、１．２ｍｍまでの材料厚さが適切である。

ここで使用される繊維材料は、通常、成分（ａ）及び（ｂ）よりも高い溶融温度を有する。これは、繊維材料の繊維の溶融温度が有意に３００℃を上回ることを意味する。これにより、本発明に係るプラスチックストラップを使用する場合における高い使用温度であっても、繊維がそれらの構造を維持し、かつ、特にプラスチックストラップストリップから長手方向に引張力を吸収することができることが確保される。

従来通り、繊維は、長さに対して薄くかつ柔軟な構造を有する。本発明に係るプラスチックストラップに使用される繊維は、主として引張力（長手方向の）を吸収し、そしてその後、この方法で製造されたプラスチックストラップのその長手方向での強度を増大させるために使用される。このようにして、少なくとも約３０ｋＮ／ｃｍ^２、特に４０ｋＮ／ｃｍ^２以上の引張強度が達成できる。繊維材料の繊維は、典型的には２０ｍｍ、特に１０ｍｍまでの最大長さを有する。その直径は、最大１ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍなどまでの範囲にあることができる。通常、直径は最大で０．１ｍｍであり、所定の状況下では最大で０．２ｍｍである。

このように、繊維をプラスチック材料に容易に埋め込むことができ、また、少なくとも製造方法中にその中で移動できる。これは、本発明に係るプラスチック材料又は個々のストリップ、すなわち、個々のストラップストリップが約１〜２ｍｍの厚さしか有しない場合であってもそうである。上記繊維の移動可能性が必要とされる。というのは、本発明に係る押し出されたプラスチックストラップストリップ又はプラスチックストラップ材料は延伸され、それによってプラスチック材料又はプラスチックマトリックス中で分子配向が生じるのみならず、繊維材料からの繊維材料も配向されるからである。このようにして、本発明に係るプラスチックストラップの長手方向に分子配向並びに繊維の分子配向の両方が生じて上記特定の強度を達成する。

繊維材料を収容するプラスチックマトリックスが主としてポリエステル及びポリオレフィンから構成されるという事実に関連して、長手方向にかなりの強度値を有するのみならず、張力下の場合でも長手方向に破断しにくい又は裂けにくいプラスチックストラップストリップが製造される。これは、本質的には、主として使用される（９０質量％まで）ポリエステルの重合体鎖がポリオレフィンを約１〜５質量％の特定の重量比で追加的に使用することにより横方向に結合するという事実に起因し得る。

約１質量％のポリオレフィンという小さな割合であっても、個々のポリエステル鎖間にこのような結合を既に備えている。より多くのポリオレフィンを使用すればするほど、この効果はより顕著になるが、ただし、約５質量％のポリオレフィンが上限である。これは、ここでのポリオレフィンのより大きな重量分率がポリエステル成分によって達成される全体的な強度を顕著に低下させることを意味する。

この理由のため、ポリオレフィンの割合は、定期的に増大できない、又は本発明におけるポリオレフィンの高い重量比がポリオレフィンによる強度の損失に対応して平衡する場合のみならず、さらに添加された繊維材料によって過度に相殺される場合にのみ平衡できる。したがって、本発明に係るプラスチックストラップは、それが仰木型に広がるのを防止する点及び強度が既知のバンドと比較してさらに増大する点で、ポリエステル／ポリオレフィンの既知のプラスチックバンドの利点を組み合わせている。
結果として、本発明に係るプラスチックストラップは、リサイクル材料の使用が予定される。実際に、リサイクル材料は、一部、主として米国特許第４８３０１８８号に記載されているように、ＰＥＴフレークに処理加工できるペットボトルに由来する。このようなＰＥＴフレークは、典型的には、主としてポリエステルと部分的に１種以上ポリオレフィンとから共に構成されている。本発明の範囲内において、その後、このようなＰＥＴフレークをプラスチックストラップストリップの製造に有利に使用することができ、その結果、ＰＥＴフレークの出発組成に応じて、添加剤を考慮すべきであり、特に本発明の状況内において、繊維材料（ｃ）を特定の濃度で押出前に押出物に混合する。約５〜１０質量％の繊維材料という特徴（ｃ）に関連して与えられる重量範囲に達する。というのは、繊維の所定の割合は、基本的に、説明されるように全体的に長手方向に剛性を著しく改善させるために必要だからである。典型的には、５質量％の繊維材料であっても改善がもたらされることが分かった。

もちろん、強度を無制限に増大させることはできない。というのは、そうでなければ、必要な延伸手順の間にプラスチックマトリックスに取り入れられた繊維は、もはや容易にはプラスチックストラップストリップの長手方向に整列できないからである。ここで、約１０質量％の繊維材料が、依然として実用的であるものの上限として浮上する。というのは、このような重量パーセントは、依然として、説明した延伸手順の間に個々の繊維の必要な移動可能性を与えるからである。

本発明の有利な実施形態では、ポリエステルの割合は、８５質量％〜９０質量％、特に約９０質量％である。それよりも高いポリエステルのパーセンテージは、繊維材料の添加を考慮して必要ではない。むしろ、添加された繊維は、ポリオレフィンの存在下であっても、ポリエステル原料の強度を有意に増大させる。

使用されるポリオレフィンは、原則として、ポリエチレン、ポリプロピレン又はこれらの組み合わせとすることができる。ＷＯ２００３／０８７２００を参照して前文で詳細に説明したように、原則として同等のポリオレフィンが考えられる。

非常に異なる材料を繊維材料として使用することができる。したがって、原則として天然繊維を使用することができる。このような天然繊維は、本発明で使用できる植物繊維を含む。特に重要なのは、例えば繊維状石膏と共に建設業界において使用されている鉱物繊維を代替的に又は追加的に使用することである。このような鉱物繊維は、有機的に結合した炭素原子のない繊維を説明する。

代わりに又は繊維材料としての天然繊維に加えて、以前には合成繊維と呼ばれていた化学繊維を用いることもできる。この場合、天然重合体からの特別なセルロース繊維やゴム繊維が有益であることが分かった。天然重合体を材料とするこのような繊維の他に、合成重合体からの繊維、例えば、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ポリテトラフルオロエチレン繊維、ＰＶＣ繊維なども使用できる。これらの化学繊維又は一般に繊維材料からの繊維及び原則として本発明の状況におけるそれらの使用のための前提条件は、それらが本発明に係るプラスチックストラップの成分（ａ）及び（ｂ）よりも高い溶融温度を有し、かつ、通常３００℃を越える溶融温度を備えるというものである。

これらの要件のため、工業的に製造された無機繊維を使用することが好ましい。この場合には、例えば、ガラス繊維、玄武岩繊維、炭素繊維等が存在する。また、セラミック繊維も考えられる。したがって、これらの場合の全てにおいて、繊維材料を組み合わせるか、又は基本的に、先に説明しかつ個別に示した繊維とも組み合わせることができると解される。

本発明の別の目的は、先に詳細に記載したプラスチックストラップストリップを製造する方法である。当該方法は、請求項１０により完全に記載されている。

本発明のプラスチックストラップストリップは、従来技術と比較してより大きな強度及び温度安定性の増大を特徴とするのみならず、改善された緩和挙動も観察される。これは、減少した張力で定常状態を呈するときのプラスチックストラップの特性を指す。事実、例えば、ポリエステル製のプラスチックストラップは、室温で最初の５日以内の包装手順後にその張力の約３０％を失うことが観察される。上昇した温度は、説明した約３０％の張力低下をさらに５日未満で完了させる。

これは、機械的張力が一定の歪みで経時的に減少すること、すなわちポリエステルからなるプラスチックバンドの場合には、ここで説明する例では約３０％減少することを意味する。本発明では、ポリオレフィンを添加し、特に５〜１０質量％の繊維材料を使用することによって、緩和挙動によい影響を及ぼすことが分かった。実際、本発明に係るプラスチックストラップは、有意には３０％未満、好ましくは２０％以下、特に１０％以下の、一定の歪みでの機械的張力の経時的減少を示す。これは、特に好ましい実施形態によれば、張力が最大１０％しか一定の張力で減少しないを意味する。したがって、巻き付け手順中に巻き付けられる物体に、従来の場合のように高い張力でストラップストリップを巻き付ける必要はない。結果として、より小さいサイズのストラッピング機を使用することができ、また、もちろんより少ないエネルギーしか必要とされない。

巻き付けられる物体としては、基本的に、例えば、テンションプレートに取り付けることができる缶、レンガ、ベールなどが挙げられる。もちろん、適宜、他の物体にも本発明に係るプラスチックストラップストリップを巻きつけることができる。

最後に、エンボス加工を有する少なくとも一つの面上に本発明に係るプラスチックストラップを与えることが有用であることが分かった。これは、例えば、ダイヤモンド形状などの規則的な構造とすることができる。これは、例えば案内通路を通過する際にプラスチックストラップの接触表面を減少させ、それによって摩擦が減少する。同時に、「エアクッション」のタイプの形成は、ストリップガイド通路を通した本発明に係るプラスチックストラップの輸送をさらに単純化しかつ改善させることが観察される。さらに、当該プラスチックストラップの所定の特徴は、このようなエンボス加工又は印刷によってよい影響を受ける場合がある。これは、特に、当該バンドの剛性に当てはまるため、このようなエンボス加工や印刷の実施により、バンドの断面積を減少させることが可能になる。これは、生産コストの減少につながる。以下でより詳細に説明するように、説明したエンボス加工又は印刷は、１個以上のエンボス加工用ローラーで導入できる。

実際に、全体として、一方のエンボス加工と他方のプラスチックストラップにおける繊維材料及びポリエステルとポリオレフィンとの組み合わせとの間で相乗効果が観察された。ポリエステル／ポリオレフィンの組み合わせは、既に強度の増加をもたらしているが、これは、このようにして製造されたストラップ、特に単一ストラップストリップが長手方向に裂けたり扇形に広がったりしないことを意味する（ＷＯ２００３／０８７２００参照）。

さらに、示された重量組成での繊維又は繊維材料の添加は、一方では、そのようにして製造されたプラスチックストラップが高い操作温度で使用できることを確保し、他方では、該繊維がプラスチックストラップ全体について本発明に係る構造を保持することを確保する。これは、本発明のストラップが高い温度であっても高い寸法安定性を特徴とすることを意味する。結果として、本発明に係るプラスチックストラップストリップの端部は、熱により適切にかつ良好な表面結合で結合できるため、現時点で従来技術と比較して増大した強度が観察される。さらに、知られている従来技術と比較して増大した寸法安定性は、使用中のプラスチックストラップに対する損傷を有意に低減させるのに役立つ。

最後に、エンボス加工は、一方では、ストリップのガイド通路を通して本発明に係るプラスチックストラップを案内することに好都合であり、他方では、エンボス加工なしのストラップと比較して材料の厚さをさらに減少させることを可能にする。これは、エンボス加工及び取り込まれた繊維材料の両方が、一貫した材料の厚さを減少させる関連能力により本発明に係るプラスチックストラップの強度を高めることを意味する。このようにして、原料の使用を二桁の割合で減少させることが観察される。

さらに、エンボス加工は、埋め込まれた繊維がプラスチック材料内で移動できない又はほとんど移動できない場合には、本発明のプラスチックストラップの製造の終了時に行う。このように、追加のエンボス加工工程は、プラスチックストラップ内部での繊維の追加及び所望の圧縮を与える。これは、再び強度を増大させる。

後述する実施形態では、本発明に係るプラスチックストラップを製造するためのシステムをさらに詳細に説明する。１つの概略図は、１又は複数の物体に巻きつけるためのプラスチックストラップを製造するための装置を示す。

図１は、１又は複数の物体に巻きつけるためのプラスチックストラップを製造するための装置を示す

まず、この概略図は、押出機２及び供給ホッパー３を備える押出装置１を示す。供給ホッパー３は、押出機２の出力端から出て、そして押出機２に供給されるプラスチックストラップ４を製造するための原料を保持する。その結果、供給ホッパー３は、押出物を収容する。

押出機２の出力端での押出後に、まずプラスチックストラップ４を水浴５に通す。水浴５の後には、上流ストレッチャー６及び第２ストレッチャー７がある。下流ストレッチャー７は、さらに炉８を備え、それを介してプラスチックストラップ４を下流の延伸操作中に通す。延伸に関して、押出機２から出るプラスチックストラップ４は、一般に１：２〜１：５、特に１：４の延伸比で延伸される。これは、押出機２を出るプラスチックストラップがその上流又は下流ストレッチャー６、７の長さの２〜５倍に伸ばされることを意味する。

下流ストレッチャー７を有する炉８は、材料の延伸中に達成される重合体鎖の分子配向が変化しない状態を保持するのみならず、繊維の配向が延伸手順終了後にも消失又は消滅しないことを確保する。２個のストレッチャー６及び７を通過した後に、プラスチックストラップ４をエンボス加工する。この目的のために、ローラー１０及び該エンボス加工ローラー１０と相互作用する対向又は対向加圧ローラー１１を備えるエンボッサー９を設ける。

エンボッサー９の助けを借りて、プラスチックストラップ４をエンボス加工及び／又は印刷した少なくとも一方の面に長手方向に設ける。この目的のために、エンボス加工ローラー１０は、例えば、周囲温度よりも高い５０℃〜６０℃の高温を有し、かつ、所望のエンボス加工に応じて対応する表面輪郭を備える。このようにして、プラスチックストラップの例えばガイド溝との接触面を滑らかな表面のシステムと比較して有意に減少させ、その結果として摩擦を減少させることができるのみならず、プラスチックストラップを輸送するときに上記の「エアクッション効果」も使用することができる。

さらに、プラスチックストラップの横方向に導入されたエンボス加工は、その剛性を全体的に高める。したがって、バンドの断面積を減少させると共に、材料の節約をもたらす同じ剛性を維持することができる。

適切な装置によりプラスチックストラップ４が直接製造され、それによって約５ｍｍ〜約４０ｍｍの幅で利用できる。材料の厚さは、約０．１ｍｍ〜３ｍｍである。あるいは、本明細書の押出装置１の出力端でプラスチックストラップと連動することも可能である。プラスチックストラップ材料は、ストレッチャー６及び７の上流で長手方向に切断して個々のプラスチックストラップストリップ４にすることができる（ただし図示しない）。

１ 押出装置
２ 押出機
３ 供給ホッパー
４ プラスチックストラップ
５ 水浴
６ 上流ストレッチャー
７ 下流ストレッチャー
８ 炉
９ エンボッサー
１０ エンボス加工ローラー
１１ 対向加圧ローラー

Claims (9)

1. １又は複数の物体の周りに巻き付けるためのプラスチックストラップ（４）であって、次の成分から本質的になり：
   （ａ）約９０質量％までのポリエステル、
   （ｂ）約１〜５質量％のポリオレフィン、及び
   （ｃ）約５〜１０質量％の繊維材料、
   成分（ｃ）の繊維材料がガラス繊維、玄武岩繊維、炭素繊維、またはセラミック繊維から選択される無機繊維からなる、前記プラスチックストラップ。
2. 前記成分（ｃ）の繊維材料が前記成分（ａ）及び（ｂ）よりも高い溶融温度を有することを特徴とする、請求項１に記載のプラスチックストラップ（４）。
3. 前記成分（ａ）のポリエステルの割合が約８５質量％〜９０質量％であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のプラスチックストラップ（４）。
4. 前記ポリオレフィンがポリエチレン、ポリプロピレン又はこれらの組み合わせであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のプラスチックストラップ（４）。
5. 前記成分（ｃ）の繊維材料が、２０ｍｍまでの最大長さの繊維から構成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のプラスチックストラップ（４）。
6. 前記成分（ｃ）の繊維材料が、３００℃を越える溶融温度を備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のプラスチックストラップ（４）。
7. 前記成分（ｃ）の繊維材料が請求項１に記載のいずれかの繊維の組合せで構成されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のプラスチックストラップ（４）。
   
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のプラスチックストラップの製造方法であって、前記成分（ａ）〜（ｃ）を互いに混合し、そして同時押出し、その後得られたプラスチックストラップ（４）又はプラスチックストラップ材料を延伸し、そして最後に該プラスチックストラップ（４）又はプラスチックストラップ材料を１：２〜１．５までの延伸比で延伸する方法。
9. プラスチックストラップ材料を延伸した後に、バンド表面にエンボス加工する、請求項８に記載のプラスチックストラップの製造方法。

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