專利名稱：用于將標(biāo)簽附著到物品的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將標(biāo)簽附著到物品的方法。
技術(shù)背景
標(biāo)簽可以附著到物品例如以便視覺地示出與物品相關(guān)聯(lián)的信息。該信息可以包括例如制造商的商標(biāo)、廣告信息、價(jià)格信息或者操作指令。
存在許多種可用的標(biāo)簽裝飾技術(shù)，每種技術(shù)具有各種優(yōu)點(diǎn)和挑戰(zhàn)。自粘合或者壓敏標(biāo)簽是公知的并且在工業(yè)中廣泛使用。然而它們受到許多缺點(diǎn)的困擾，包括這樣的事實(shí) 生產(chǎn)過程相當(dāng)復(fù)雜并且在一些情況下產(chǎn)生了不必要地加重環(huán)境負(fù)擔(dān)的廢料。
參照圖1，已知的標(biāo)簽100包括載體層10、粘合劑層20和可去除脫離襯層99。載體層10可以包括打印圖案30。
傳統(tǒng)上，首先利用脫離劑(典型地是硅樹脂)將脫離襯層涂敷在一面上，并且利用熱使該脫離層固化。隨后在該固化的硅樹脂層上形成壓敏的永久粘性的粘合劑層。典型地通過將基于水的粘合劑分散體施加在脫離層上并且隨后使用熱使該分散體干燥以變?yōu)閴好粽澈蟿┠硇纬稍撜澈蟿?。隨后將紙或膜打印載體、面材層疊到涂覆有粘合劑的脫離襯層，此時(shí)粘合劑優(yōu)先轉(zhuǎn)印到該打印載體。隨后可以將成卷的這種壓敏疊層提供給價(jià)值鏈中的下一方，即打印機(jī)，其打印疊層的正面并且將標(biāo)簽?zāi)Ｇ谐伤璧男螤畈⑶胰コ饪驈U料，外框廢料是正面的未使用的部分。
隨后可以在價(jià)值鏈中向上轉(zhuǎn)發(fā)打印標(biāo)簽疊層，并且負(fù)責(zé)最終用途的下一方將標(biāo)簽施加到需要加上標(biāo)簽的物品或容器。在該階段中，脫離襯層變?yōu)閺U棄物，這是這些標(biāo)簽的用戶和一般的工業(yè)以及整個(gè)環(huán)境的主要的廢物處理問題。
其中可以避免使用脫離襯層的一種替選方案是使用濕膠標(biāo)簽，其中預(yù)打印的和模切的紙標(biāo)簽涂覆有濕粘合劑并且隨后直接施加到將要加標(biāo)簽的物品。典型地，這些濕膠標(biāo)簽操作是相當(dāng)骯臟的，大量的時(shí)間喪失在打掃、設(shè)置和改變標(biāo)簽格式上。此外這些濕膠標(biāo)簽幾乎總是呈現(xiàn)完成的加標(biāo)簽的物體上的“標(biāo)簽盒”的難看的夾具(gripper)標(biāo)記。此外，由于技術(shù)問題，即水不能令人滿意地蒸發(fā)以及從標(biāo)簽下面逸出，總是導(dǎo)致標(biāo)簽中的難看的氣泡，因此對于澄明膜，濕膠標(biāo)簽是不可用的。
另一裝飾技術(shù)是收縮套管，在該情況下總的施加成本極高并且生產(chǎn)過程非常復(fù)雜。收縮套管膜通?；谶@樣的墨水被打印在寬幅凹版或者柔性版印刷機(jī)上，這可能引起環(huán)境和安全危害。在打印之后，在單獨(dú)的離線過程中，將膜形成到管中并且通過使用溶劑焊接工藝將縫隙粘合在一起。隨后將該管切割成較短的長度，放在待加標(biāo)簽的物件上并且在高溫下饋送通過收縮隧道，使得膜收縮并且配合容器的形狀。盡管該技術(shù)對于一些目標(biāo)市場細(xì)分產(chǎn)生了許多引人矚目的和吸引人的結(jié)果，但是它具有許多缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)包括這樣的事實(shí)根據(jù)限定，收縮套管覆蓋待加標(biāo)簽物體的整個(gè)表面并且因此180°裝飾或者僅覆蓋部分容器表面的標(biāo)簽是不可能的。收縮套管標(biāo)簽上的難看的縫隙的可見性也是不利的問題。在實(shí)踐中不可能使用收縮套管用于具有平坦面的容器或者具有手柄的容器。此外，對于收縮套管，不可能使用紙標(biāo)簽，也不能具有多種紋理或觸覺效果。再者，不可能在容器上具有斑點(diǎn)標(biāo)簽、多個(gè)標(biāo)簽，或者當(dāng)使用收縮套管時(shí)，不可能具有獨(dú)特的標(biāo)簽形狀。再者，不可能通過收縮套管實(shí)現(xiàn)所謂的“無標(biāo)簽”外觀，就是說，不可能使標(biāo)簽混合到容器顏色和材料中，如同那里沒有標(biāo)簽并且容器被預(yù)先打印那樣。
另一廣泛使用的標(biāo)簽技術(shù)是繞貼標(biāo)簽。繞貼標(biāo)簽可以由紙或膜制成并且可以從固定料盒饋送或者從卷筒直接饋送。典型地將熱熔粘合劑施加到標(biāo)簽的前緣，標(biāo)簽圍繞正在以受控速度旋轉(zhuǎn)的容器緊密纏繞，通過第二熱熔粘合劑的窄條將后緣固定就位。由于缺乏高級外觀并且因此缺乏標(biāo)簽的市場吸引力，所以這種標(biāo)簽的主要市場是軟飲料和礦泉水。 在該情況下不可能實(shí)現(xiàn)“無標(biāo)簽”外觀。材料的選擇非常有限并且設(shè)計(jì)種類限于簡單的圓柱形。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于將標(biāo)簽附著到物品的方法。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于將標(biāo)簽(100)附著到物品(300)的表面的方法，標(biāo)簽(100)包括載體層(10)和接合層(20)，該方法包括通過使用紅外光(IRl)加熱接合層(20)，這樣的紅外光(IRl)具有峰值波長(λ ρ)處的最大光譜輻照度，其中接合層 (20)具有在光譜上與所述峰值波長(λ ρ)匹配的吸收光譜區(qū)域。
加熱輻射的光譜分布可以在光譜上與其中接合層具有高吸收率的區(qū)域匹配。
得益于本發(fā)明，可以利用較高分?jǐn)?shù)的光功率用于加熱接合層?？梢詼p少該工藝的能耗。
在一個(gè)實(shí)施例中，標(biāo)簽配送裝置的部件可以在較低的溫度下操作和/或標(biāo)簽配送裝置的部件可以需要較少的有效冷卻。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用高的能量密度用于加熱接合層的可熱激活粘合劑。因此，可以減少加熱標(biāo)簽所需的總時(shí)間。因此，可以減少總能耗，和/或可以增加將標(biāo)簽附著到產(chǎn)品的速度。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以減少載體層的厚度和/或載體層可以由具有較低的軟化溫度的材料制成。因此，可以減少總能耗，和/或當(dāng)生產(chǎn)標(biāo)簽時(shí)可以消耗較少的材料。因此， 標(biāo)簽的生產(chǎn)方法可以更加經(jīng)濟(jì)和/或環(huán)境友好。
可以避免使用脫離襯層。因此，可以減少廢料量。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以以無粘性狀態(tài)處置和存儲(chǔ)標(biāo)簽，并且可以僅在標(biāo)簽的接合層與物品表面接觸之后將標(biāo)簽轉(zhuǎn)換到粘性狀態(tài)。因此，可以避免處置粘性標(biāo)簽。這是優(yōu)于已知的壓敏標(biāo)簽的改進(jìn)。具體地，這是優(yōu)于濕膠標(biāo)簽的改進(jìn)。
在一個(gè)實(shí)施例中，接合層可以在施加到待加標(biāo)簽的物品表面之前通過熱轉(zhuǎn)換到其粘性狀態(tài)。在與表面接觸之后，可以使接合層冷卻。
在一個(gè)實(shí)施例中，標(biāo)簽不需要完全圍繞物品。這是優(yōu)于其中使用熱用于使標(biāo)簽材料收縮的已知的收縮套管的改進(jìn)。
在一個(gè)實(shí)施例中，標(biāo)簽不具有可見的縫隙。這是優(yōu)于已知的繞貼標(biāo)簽的改進(jìn)。


在以下示例中，將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1以三維視圖示出了現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)簽，圖2以三維視圖示出了通過輻射進(jìn)行的接合層的熱激活， 圖3a示出了載體層的光譜吸收率和接合層的光譜吸收率， 圖北示出了載體層的光譜吸收率和接合層的光譜吸收率， 圖3c示出了載體層的光譜吸收率和接合層的光譜吸收率， 圖3d示出了載體層的光譜吸收率和接合層的光譜吸收率， 圖如示出了通過使用透射濾光器進(jìn)行的輻射過濾， 圖4b示出了通過使用反射濾光器進(jìn)行的輻射過濾， 圖5以三維視圖示出了通過直接撞擊在接合層上的輻射進(jìn)行的熱激活， 圖6以三維視圖示出了包括RFID應(yīng)答器的標(biāo)簽， 圖7以三維視圖示出了通過使用紅外光源從紙幅(web)切割標(biāo)簽， 圖8a示出了聚氨酯粘合劑的熱激活， 圖8b示出了作為溫度的函數(shù)的聚氨酯粘合劑的粘合劑性質(zhì)， 圖9示出了淀積在玻璃表面上的丙烯酸粘合劑的薄層的透光率， 圖10示出了淀積在玻璃表面上的聚氨酯粘合劑的薄層的透光率， 圖11示出了根據(jù)FIlR測量確定的聚氨酯粘合劑的透光率， 圖12示出了根據(jù)FIlR測量確定的丙烯酸粘合劑的透光率， 圖13示出了三個(gè)不同溫度下的黑體輻射源的光譜輻照功率，圖14示出了作為加熱器和測量點(diǎn)之間的距離的函數(shù)的紅外加熱器的測量的功率密度，圖15以三維視圖示出了實(shí)驗(yàn)設(shè)置，其包括紅外加熱器和樣本，具有調(diào)整加熱器和樣本之間的距離的可能，圖16a示出了作為輻射功率密度和距離的函數(shù)的聚氨酯樣本A的激活時(shí)間， 圖16b示出了作為輻射功率密度和距離的函數(shù)的聚氨酯樣本B的激活時(shí)間， 圖16c示出了作為輻射功率密度和距離的函數(shù)的聚氨酯樣本2A的激活時(shí)間， 圖16d示出了作為輻射功率密度和距離的函數(shù)的聚氨酯樣本2B的激活時(shí)間， 圖17示出了作為樣本和輻射源之間的距離的函數(shù)的紙載體層上的丙烯酸粘合劑的激活時(shí)間，圖18以側(cè)視圖示出了通過使用(X)2激光器用于測試接合層的激活的設(shè)置，以及圖19以三維視圖示出了接合層的狀態(tài)的光學(xué)監(jiān)控。
具體實(shí)施方式
參照圖2，標(biāo)簽100可以包括載體層10和接合層20。標(biāo)簽可以包括圖形圖案30。
可以通過加熱接合層20并且通過將激活的接合層按壓到物品300的表面來將標(biāo)簽100附著到該表面。物品300可以是例如瓶子。
這種將標(biāo)簽附著到待加標(biāo)簽的物品典型地通過標(biāo)簽施加器或者標(biāo)簽配送設(shè)備來執(zhí)行。將標(biāo)簽附著到物品300還可以被稱為“配送”。
可以在將標(biāo)簽施加到瓶子之前，即在將標(biāo)簽100按壓到物品300的表面之前或期間，執(zhí)行加熱。
加熱激活接合層20，即通過加熱可以使接合層的狀態(tài)從非粘性狀態(tài)變?yōu)檎承誀顟B(tài)，并且因此激活標(biāo)簽的行為如同壓敏標(biāo)簽，即可以借助于輕微壓力使其附著到表面。
加熱激活接合層20，即通過加熱可以使接合層的狀態(tài)從非粘性狀態(tài)變?yōu)檎承誀顟B(tài)。
可以通過由紅外光源200提供的紅外光IRl對接合層20加熱。紅外光IRl還可以被稱為紅外輻射。sx、SY和SZ表示正交方向。
在光IRl撞擊在接合層20上之前，光IRl可以透射通過載體層10。
當(dāng)光IRl具有一定波長范圍處的足夠的光功率時(shí)可以由光IRl加熱接合層20，并且接合層20吸收所述波長范圍處的光。
光IRl還加熱載體層20。然而，在將標(biāo)簽100附著到物品300時(shí)，載體層20的加熱典型地不是必需的。事實(shí)上，載體層10的過度加熱可能是無用的并且可能永久地?fù)p壞標(biāo)簽 100。
紅外光IRl的光譜性質(zhì)和接合層20的光譜性質(zhì)可以被選擇為使得載體層10的加熱少于接合層20。
特別地，可以通過使用紅外光IRl加熱接合層20，使得最大光譜輻照度處于波長 λ P處，其中接合層20的光譜吸收率顯著高于載體層10的光譜吸收率。
圖3a借助于示例示出了載體層10的光譜吸收率和接合層20的光譜吸收率A (入)。載體層由紙制成，并且接合層20包括丙烯酸粘合劑。
紅外光IRl的最大光功率在峰值波長λ ρ處輻射。光IRl的90%的光功率在長于或等于截止波長(edge wavelength) λ 90的波長處輻射。紅外光IRl可以具有光譜峰值H(l。 當(dāng)光譜位置以納米表述時(shí)，光譜輻照度的單位可以是例如WnT3，或者當(dāng)光譜位置以波數(shù)表述時(shí)，光譜輻照度的單位可以是例如WnT1。
紅外光(IRl)可以具有峰值波長(λρ)處的最大光譜輻照度，使得接合層(20)具有在光譜上與峰值波長(λ ρ)匹配的吸收光譜區(qū)域。加熱輻射IRl可以在光譜上與例如圖 3a中所示的光譜區(qū)域REG1、REG2和/或REG3匹配。
“匹配”可以指示如下情形，其中接合層20的吸收光譜區(qū)域在光譜上與輻照的光譜峰值的FWHM寬度的至少50%重疊。FWHM指的是半峰全寬。
有利地，加熱輻射IRl可以在光譜上與接合層20的最高吸收峰值匹配。
輻照光IRl的光譜最大值λ ρ可以例如在波長10. 6 μ m處。波長10. 6 μ m對應(yīng)于波數(shù)934. 4 cm—1。光源200可以是例如CO2激光器(二氧化碳激光器)。
Aato表示在預(yù)定光譜范圍上計(jì)算的平均吸收率。例如，可以例如在2. 5 μπι至5 μπι的波長范圍上，在2.5 μ m至10 μπι的波長范圍上，或者在400 nm至5 ym的波長范圍上確定平均吸收率AAve。
在某些光譜位置，特別地在光譜峰值處，光譜吸收率A ( λ )可以顯著高于平均吸收率Aatc。
具體地，光譜吸收率Α(λ)可以高于或等于在2.5 μπι至5 Pm的波長上計(jì)算的平均吸收率Aave的兩倍。
當(dāng)接合層20具有紅外光IRl的峰值波長λ ρ處，即最大光譜輻照度的波長處的高6吸收率時(shí)，可以確保高效的加熱。
具體地，可以通過使用紅外光(IRl)加熱接合層(20)，這樣的紅外光(IRl)具有峰值波長(λρ)處的最大光譜輻照度，其中接合層(20)在所述峰值波長(λρ)處的吸收率大于或等于接合層(20)在從2. 5 μπι至5 μ m的波長范圍中的平均吸收率的兩倍。
紅外光(IRl)的光譜可以與接合層(20)的光譜吸收率匹配，使得撞擊在接合層 (20)上的紅外光(IRl)的光功率的至少20%在接合層(20)中被吸收。
在輻照光IRl的波長λ ρ處，載體層10的光譜吸收率可以顯著低于接合層的光譜吸收率。
最大光譜輻照度可以處于波長(λ ρ)處，其中接合層(20)的光譜吸收率顯著高于載體層(10)的光譜吸收率。
當(dāng)光譜性質(zhì)匹配時(shí)，可以存在選擇載體層10的材料的相當(dāng)可觀的自由度。參照圖北和3c，載體層10可以具有輻照光IRl的光譜區(qū)域外部的光譜區(qū)域中的高吸收率。參照圖北，接合層20的加熱可以大于載體層10，即使是在其中載體層10在比截止波長λ 90短的波長λ處具有非常高的吸收率的情形下。
圖3d示出了比較示例，其中最大光譜輻照度處于波長λ ρ處，并且接合層20的光譜吸收率在波長λ ρ處相對低。該種情形可以導(dǎo)致接合層20的低效的加熱。圖3d還示出了其中在波長λ ρ處載體層10的光譜吸收率高于接合層20的光譜吸收率的情形。這可以導(dǎo)致載體層10的過度加熱和/或接合層20的不足的加熱。因此，標(biāo)簽100可能被損壞和 /或標(biāo)簽100與物品300的粘合可能是差的。
通過由光源單元210發(fā)射的光BO的光學(xué)過濾可以修改光IRl的光譜性質(zhì)。光源單元210可以是例如激光器、加熱熾熱物體(熱輻射源)或者鎢鹵素?zé)簟D如示出了透射濾光器布置。在該情況下濾光器220可以是例如彩色玻璃濾光器、二向色濾光器或者介質(zhì)干涉濾光器。圖4b示出了反射濾光器布置。在該情況下濾光器可以是二向色濾光器或者介質(zhì)干涉濾光器。
光學(xué)濾光可以抑制波長比限制波長短的光譜分量以便提供紅外光頂1。光學(xué)濾光可以抑制波長在預(yù)定范圍外部的光譜分量以便提供紅外光頂1。
參照圖5，紅外光IRl可以撞擊在接合層20上，使得紅外光IRl在撞擊在接合層 20之前未透射通過載體層10。該布置可以提供極高的加熱速率。
然而，當(dāng)接合層20到粘性狀態(tài)的變換可逆時(shí)，標(biāo)簽應(yīng)在接合層20冷卻之前按到物品300的表面。這在某些實(shí)施例中可能是成問題的。
參照圖6，標(biāo)簽100可以包括RFID應(yīng)答器40。應(yīng)答器40可以包括天線44和RFID 芯片42。RFID表示射頻識別。在將標(biāo)簽100附著到物品300時(shí)不應(yīng)過度加熱RFID芯片 42。出于該原因在接合層20中具有高吸收率也是有利的，即加熱期間的載體層10的溫度可以保持在安全的水平。
參照圖7，還可以使用大功率光源200沿線Lim從紙幅TOB切割標(biāo)簽100。同一光源200可用于切割標(biāo)簽100并且用于加熱接合層20。
接合層20包括可激活粘合劑。紅外光IRl的(多個(gè))光譜分量可以被選擇為與接合層20的光譜性質(zhì)匹配。此外，載體層10的(多種)材料(面材)可以被選擇為使得載體層 10的加熱小于接合層20。將與物品300接觸的接合層20的外表面可以達(dá)到比接合層20和載體層10之間的界面高的最大溫度。
因此，載體層10的厚度可以減小和/或載體層10可以包括不能承受高溫的材料。
標(biāo)簽100包括載體層10 (S卩，面材)，即承載打印圖像的材料。載體層10可以包括例如紙或塑料膜。塑料膜可以是澄明的或白色的。塑料膜可以是金屬化的、有色的和/或有紋理的。載體層的一面可以涂覆有涂層，該涂層在升高的溫度下干燥并且在其上形成接合層20。接合層20包括可激活粘合劑。在使所述涂層干燥之后，所形成的接合層20可以是無粘性的和非粘性的。較之傳統(tǒng)的壓敏標(biāo)簽材，接合層20不需要使用特殊的脫離襯層(參見圖1)。避免脫離襯層節(jié)約了重要的資源，并且簡化了制造。可以避免在施加標(biāo)簽之后丟掉脫離襯層。在該情況下不需要丟掉脫離襯層，也不存在所牽涉的或者施加到面材以便防止標(biāo)簽卷中的堵塞的任何硅樹脂，其可能干擾后繼的面材(載體層)的打印能力。
在將包括可激活粘合劑的涂層施加到載體層10之后，可以使涂層干燥，并且具有涂層20的載體層10可以纏繞到卷筒中并且提供給例如打印機(jī)(例如，用于打印圖形圖案) 用于進(jìn)一步的處理。
可以利用任何類型的打印過程來打印載體層10，諸如UV柔印、UV凸印、水基柔印、 凹版印刷、膠印、絲網(wǎng)印刷、熱轉(zhuǎn)印、直接熱熱或冷燙金(hot-or cold-foil stamping)。在打印之后，標(biāo)簽可以被模切并且以預(yù)切形式提供。標(biāo)簽可以具有任意的形狀和/或設(shè)計(jì)格式。
替選地，標(biāo)簽可以成卷提供到施加點(diǎn)，其中可以使用激光對它們進(jìn)行模切并且將它們轉(zhuǎn)移到真空鼓，其類型典型地用于繞貼標(biāo)簽，其中面材反面的非粘性干涂層可以由熱激活。通過使用真空鼓生成的吸力可以拾起標(biāo)簽100并且將其轉(zhuǎn)移到期望位置(desider location)。
已注意到，輻射熱以及傳統(tǒng)的熱空氣鼓風(fēng)不能總是足夠快地激活粘合劑以便實(shí)現(xiàn)商業(yè)上可行的工業(yè)過程。直接增加來自傳統(tǒng)的、寬帶的熱源的熱能不僅不必要地增加了能耗，而且還使得標(biāo)簽材料自身嚴(yán)重地勞損和/或不必要地過度加熱處理設(shè)備的其他部分。 如果通過降低最大溫度來應(yīng)對該問題，則加熱裝置(例如，激活隧道)變長和/或標(biāo)簽紙幅的速度需要降低以增加在加熱區(qū)域中的駐留時(shí)間。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過連同待激活的粘合劑一起調(diào)節(jié)熱激活的本質(zhì)，可以避免上述問題和挑戰(zhàn)。
較之首先在面材上施加典型地作為分散體的粘合劑涂層時(shí)的粘合劑膜的干燥或其他制備，熱激活在這里指的是單獨(dú)的動(dòng)作。激活在這里意味著采取以激活先前干燥的或以其他形式制備的可激活粘合劑層的動(dòng)作。換言之，激活意味著使接合層20從基本上非粘性狀態(tài)變換到粘性狀態(tài)。在粘性狀態(tài)下，粘合劑可以用作壓敏粘合劑。
接合層20可以包括例如丙烯酸粘合劑或者基于聚氨酯的粘合劑。
可以例如使用10 μ m附近的波長范圍中的熱輻射來進(jìn)行激活?？梢允褂枚趸技す?CO2)激光器，其發(fā)射10. 6 μ m處的紅外光頂1。二氧化碳激光器被發(fā)現(xiàn)適用于加熱丙烯酸粘合劑和基于聚氨酯的粘合劑。
替選地，可以使用中間頂，更精確地2 μπι至3 μ m范圍中的波長范圍中的熱輻射進(jìn)行激活。加熱輻射IRl的最大光譜功率可以位于波長2. 5 μπι處。2 μπι至3 μπι范圍中的紅外輻射被發(fā)現(xiàn)適用于基于聚氨酯的粘合劑。
熱輻射可以被布置為具有3至8KJ/m2范圍中的能量水平，其中粘合劑的激活可以在0. 2秒內(nèi)發(fā)生。短于或等于0. 2秒的激活時(shí)間可以是可接受的工業(yè)過程。
通過將染料添加到接合層20可以修改接合層20的粘合劑的吸收性質(zhì)。染料可以是水溶性的。染料可以吸收紅外光頂1。染料可以在可見范圍(VIS)中基本上透明以便于提供澄明的和視覺上透明的標(biāo)簽結(jié)構(gòu)。染料的光譜性質(zhì)可以被選擇為使得染料在例如0. 8 至1.6 μ m的范圍中，有利地在1 μ m的附近(例如，在0.9至1.2 μ m的范圍中)的波長處具有高吸收率。這使得可以使用二極管激光發(fā)射器用于粘合劑的熱激活。這樣的發(fā)射器的優(yōu)點(diǎn)在于它們的小尺寸，高的效率、可靠性和耐久性。因此，這些發(fā)射器可以適用于工業(yè)過程。
鎢鹵素?zé)粢部梢杂米鞴庠?00，或者當(dāng)接合層具有1 μ m的附近的可觀的吸收時(shí)用作光源單元210。可以使用濾光器(參見圖^、4b)修改鎢鹵素?zé)舻妮椛涔庾V。
用作激活熱源的激光源200也可以用于切割標(biāo)簽(參見圖7)。
可以基于光學(xué)性質(zhì)的改變光學(xué)地監(jiān)控接合層20的狀態(tài)。例如，可以通過監(jiān)控從接合層20的表面散射的光來監(jiān)控接合層20的狀態(tài)。例如，該表面在粘性狀態(tài)下較之在非粘性狀態(tài)下可以更平滑。在非粘性狀態(tài)下，接合層20可以包括微觀顆粒或裂縫，當(dāng)接合層20 被轉(zhuǎn)換到粘性狀態(tài)中時(shí)這些微觀顆?；蛄芽p可以基本上消失。因此，該表面在非粘性狀態(tài)下較之在粘性狀態(tài)下可以引起更多的漫反射?？梢曰诮雍蠈?0的監(jiān)控狀態(tài)來調(diào)整激活時(shí)間和/或功率水平?？梢允褂瞄]環(huán)控制，特別地使用PID控制來調(diào)整激活時(shí)間和/或功率水平。
接合層20可以包括可激活丙烯酸鹽。可激活丙烯酸鹽可以是基于水分散體的粘合劑，其含有固體增塑劑作為其一種成分。當(dāng)形成粘合劑層時(shí)，在基板上施加分散體之后， 可以在足夠低不致引起增塑劑的軟化和/或熔化的溫度處使分散體干燥。因此，水從分散體蒸發(fā)可以產(chǎn)生基本上非粘性的粘合劑層。使用較高的溫度(能量水平)執(zhí)行激活，這使得增塑劑熔化并且使得粘合劑是永久粘性的。該變換涉及降低粘合劑的玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg。即使在再次降低溫度之后，增塑劑也不會(huì)再次結(jié)晶，并且因此這種從非粘性狀態(tài)到粘性狀態(tài)的溫度切換不是可逆的過程。換言之，丙烯酸鹽粘合劑的變換可以是不可逆的。在熱激活之后，粘合劑即使在冷卻之后仍保持粘性。
接合層20可以包括可激活聚氨酯。在將粘合劑施加到基板10并且使其干燥之后， 可以首先獲得非粘性可激活聚氨酯膜。可激活聚氨酯膜可以通過將膜加熱到高于或等于最小激活溫度的溫度而變得粘性。
接合層20可以包括可激活聚氨酯，其包括聚酯段。在將粘合劑施加到基板10并且使其干燥之后，可以首先獲得非粘性可激活聚氨酯膜?？杉せ罹郯滨ツた梢酝ㄟ^將膜加熱到高于或等于最小激活溫度的溫度而變得粘性。該膜可以在高于或等于最小激活溫度的溫度處，在膜的聚酯段的軟化時(shí)變得粘性。
圖示出了測試針穿透聚氨酯粘合劑層20。在低溫下，測試針具有低的對層20 的穿透度。在較高的溫度下，層20變得較軟，并且測試針穿透層20更深。在低溫下，聚氨酯可以處于晶體狀態(tài)，并且在較高溫度下，層20可以包括軟的非晶聚合物。
圖8b示出了關(guān)于接合層20的熱激活的最優(yōu)溫度范圍。、表示最優(yōu)范圍的下限而 、表示最優(yōu)范圍的上限。具體地，接合層20可以包括可熱激活聚氨酯，其包括聚酯段。最優(yōu)溫度范圍可以是例如50至75°C。在、以下的溫度處，粘合劑可以處于晶體狀態(tài)。在最優(yōu)范圍中，粘合劑可以處于非晶狀態(tài)，并且層20可以具有高粘性值。粘性值指的是接合層 20和物品300的表面之間的接合的抗張強(qiáng)度，即每單位面積的粘合力。當(dāng)激活溫度超過上限t2時(shí)，層20可以變軟，使得粘性值開始下降。此外，將接合層20加熱到過高的溫度可能浪費(fèi)能量和時(shí)間。此外，將接合層20加熱到過高的溫度可能損壞載體層10。
其間接合層20具有用于接合的足夠的粘性的時(shí)間段被稱為熱粘性壽命。在該時(shí)段期間，粘合劑可以作為壓敏粘合劑結(jié)合到物品300的表面。根據(jù)接合層20的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分，熱粘性壽命的范圍可以是例如從幾秒到幾分鐘。
通過粘合劑膜的冷卻和聚酯段的可逆結(jié)晶，可以在短時(shí)間后獲得高初始接合強(qiáng)度?？梢哉f，這些(聚氨酯)系統(tǒng)的粘性可以開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了極為有效的生產(chǎn)過程。通過其中使粘合劑膜交聯(lián)并且化學(xué)接合到基板(即，接合到載體層10)的過程，可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度的進(jìn)一步增加。
包括聚酯段的可熱激活聚氨酯粘合劑的另一特征性質(zhì)在于，由于它們的高分子量和成段聚合物結(jié)構(gòu)，層20可以在高于聚酯段的去晶(軟化/熔化)溫度的溫度處是機(jī)械穩(wěn)定的。因此，層20可以僅在顯著高于最小激活溫度的溫度處呈現(xiàn)熱塑流到可觀的程度。
當(dāng)粘合劑的分子獲得足夠的熱能以克服激活閾能時(shí)，可以熱激活丙烯酸粘合劑和聚氨酯粘合劑。熱能可以誘發(fā)從粘合劑的固態(tài)和無粘性晶體分子結(jié)構(gòu)到非晶粘性狀態(tài)的轉(zhuǎn)化。正是在該狀態(tài)下粘合劑可以呈現(xiàn)接合性質(zhì)。
在原理上，可以通過直接和/或間接手段來加熱粘合劑。直接方法創(chuàng)建了材料自身內(nèi)的熱。在間接加熱的情況下，通過傳導(dǎo)、對流或輻射將熱能轉(zhuǎn)移到接合層20。對于介電材料，典型的直接加熱方法是微波輻射，其經(jīng)由材料內(nèi)的介電諧振生成熱。如同微波加熱， 輻照加熱不需要中間制劑將熱轉(zhuǎn)移(傳導(dǎo))到材料。在這一點(diǎn)上，非接觸方法優(yōu)于傳導(dǎo)和對流加熱。激活速度取決于粘合劑在每單位時(shí)間吸收的總能量。
除了加熱輻射IRl的強(qiáng)度之外，加熱輻射IRl的光譜分布也是重要的。當(dāng)輻射源 200的發(fā)射光譜與接合層20的粘合劑的吸收曲線匹配時(shí)，實(shí)現(xiàn)了最佳激活效率。因此，大部分輻照可被吸收并且用于加熱接合層20。
使用衍射光學(xué)分光光度計(jì)測量250至3200 nm的波長范圍中的圖9和10中所示的聚氨酯粘合劑和丙烯酸粘合劑的光譜，并且使用FIlR分光計(jì)測量4000至500 cnT1的波數(shù)范圍中的圖11和12中的光譜?？s寫FIlR指的是傅立葉變化紅外光譜學(xué)。根據(jù)式w=l/A， 波數(shù)w可以被轉(zhuǎn)換為波長λ。因此，波數(shù)4000 cnT1對應(yīng)于波長2. 5 μ m，波數(shù)2000 cnT1對應(yīng)于波長5 μ m，波數(shù)1000 cnT1對應(yīng)于波長10 μ m，并且波數(shù)500 cnT1對應(yīng)于波長20 μ m。
在圖11和12中，波數(shù)選擇吸收率峰值接著所述峰值被指示。波數(shù)的單位是cm—1。
利用衍射分光光度計(jì)的測量基于透射并且因此圖9和10的透射峰值的深度可以略微偏離使用衰減全反射系統(tǒng)(即，測量衰減全反射率的系統(tǒng))測量的深度。
可以通過使用由分光光度計(jì)和FIlR分光計(jì)測量的數(shù)據(jù)，確定從近紫外(近UV)區(qū)域到遠(yuǎn)紅外波長(遠(yuǎn)IR)的粘合劑的行為或吸收光譜。圖9至12中示出了測量的光譜。
圖9和10中的數(shù)據(jù)被繪出為透射率并且由此小的透射率意味著高吸收。因此，波長處的小透射率意味著所述波長處的增加的熱輻射吸收。因此，小透射率還意味著改進(jìn)的粘合劑熱激活。
聚氨酯粘合劑的透射光譜在波長3 μ m的附近呈現(xiàn)極強(qiáng)的吸收。丙烯酸粘合劑在圖9中的光譜各處具有相當(dāng)小的透射并且沒有看到特別強(qiáng)的吸收波長帶。在圖9和10的情況下，粘合劑薄層被施加到玻璃表面上。透射與粘合劑層的厚度成比例。根據(jù)結(jié)果補(bǔ)償玻璃的影響。
圖11和12中報(bào)導(dǎo)的FIlR測量基于測量來自粘合劑層的反射信號。在該實(shí)驗(yàn)中， 兩個(gè)樣本是幾毫米厚的干燥的粘合劑層，其被夾緊到ATR金剛石晶體表面?？s寫ATR指的是衰減全反射率。聚氨酯粘合劑和丙烯酸粘合劑兩者的透射光譜在10 ym (10 μ m對應(yīng)于波數(shù)1000 cm-1)周圍的波長區(qū)域中具有極強(qiáng)的吸收。
圖9和10中的光譜均呈現(xiàn)短波長處的1/λ 4行為，這是瑞利(Rayleigh)散射的結(jié)果。這使得紫外區(qū)域中的數(shù)據(jù)分析復(fù)雜化，但是可以看到，至少在光譜的可見光區(qū)域中未出現(xiàn)顯著的吸收。880 nm和1650 nm處的光譜的小的不連續(xù)源自測量裝置。
基于圖9至12的結(jié)果，可以推斷這些粘合劑的基本上所有主要吸收位于大于2. 5 μ m的波長處。
考慮工業(yè)環(huán)境中使用的最適合的輻射源，用于激活粘合劑的最優(yōu)(多個(gè))波長范圍的選擇可以基于粘合劑的吸收性質(zhì)。
使用如下裝置和方法進(jìn)行測試-二氧化碳激光器，輻照度峰值在10. 6 μπι處，-LED (發(fā)光二極管)光源hpe Elipar FreeLight，輻照度或峰值在470 nm處(輻照度 12 kff/m2, Elipar 和 Freelight 是 3M Espe 公司的商標(biāo))， -鹵素?zé)?，輻照度峰值? ym處 -中波頂發(fā)射器，輻照度峰值在2. 5 μπι處 -頻率2. 45 GHz處的微波輻射-波長可調(diào)諧OPO激光器mcspla NT 342/1/UVE (0P0是光學(xué)參數(shù)振蕩器的縮寫，NT 342/1/UVE是Expla公司的商標(biāo)名稱)-Ekspla NL202，輻照度峰值在355 nm處(NL202是Expla公司的商標(biāo)名稱)。
利用OPO激光器Ekspla NT 342/1/UVE在可見區(qū)域(VIS)中進(jìn)行數(shù)次測試。這是 Q開關(guān)激光器，其在重復(fù)頻率8至12 Hz處發(fā)射高強(qiáng)度脈沖。利用該激光器加熱接合層是復(fù)雜的，因?yàn)椴荒軐?shí)現(xiàn)高平均功率并且樣本有時(shí)間在脈沖之間發(fā)射出所吸收的能量(冷卻)。
通過將激光束聚焦到較窄的斑點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)略好的結(jié)果。然而，這可能導(dǎo)致因高局部強(qiáng)度引起的層20的損壞。
重復(fù)率高于500 Hz并且提供UV范圍(波長短于380 nm)處的輻照的激光器可以在幾秒內(nèi)引起粘合劑層中的視覺可檢測的改變。具體地，輻照度峰值可以位于355 nm處。 激光器可以是m^spla公司的NL202激光器。然而射束的尺寸可能相當(dāng)小。在工業(yè)規(guī)模中， 加熱大表面是個(gè)問題。
微波輻射被發(fā)現(xiàn)僅創(chuàng)建樣本膜的微小的加熱。微波在塑料中的耗散因數(shù)是小的。 因此，僅有小部分的總微波能量被轉(zhuǎn)移到塑料膜的加熱中。
鎢鹵素?zé)艨梢援a(chǎn)生高輻照度。光譜的可觀的部分駐留在中紅外區(qū)域中，即從3 μπι 到8 ym的范圍中。丙烯酸粘合劑和聚氨酯粘合劑吸收處于同一領(lǐng)域內(nèi)的光。然而，發(fā)射光譜的峰值約為1 μ m，這意味著大部分輻射能不在粘合劑膜具有強(qiáng)吸收率的區(qū)域中。11
鎢鹵素?zé)艨梢赃m用于熱激活。鎢鹵素?zé)艨梢允呛唵蔚?、耐用的并且適于在工業(yè)中使用。然而，當(dāng)輻照度的光譜不與接合層20的強(qiáng)吸收率匹配時(shí)，加熱的效率可能是低的，加熱的速度可能是低的，和/或標(biāo)簽配送器的部件可能被不必要地加熱。載體層10中吸收的能量可能損壞載體層10。具體地，已注意到，當(dāng)利用鹵素?zé)糨椪諘r(shí)，透明標(biāo)簽可能卷起。
使用染料可以調(diào)節(jié)粘合劑的吸收性質(zhì)，該染料吸收適當(dāng)?shù)牟ㄩL范圍中的輻射。例如，染料可以吸收0.7 μπι至1 ym的波長范圍中的光。特別地，染料可以具有波長1 μπι 周圍的強(qiáng)吸收率。
通過將水溶性紅外輻射吸收染料添加到粘合劑中，可以修改接合層20的光譜吸收率。在該情況下，激光二極管也可以適用于接合層20的熱激活。光源200可以包括基于半導(dǎo)體的二極管激光發(fā)射器。這樣的發(fā)射器的優(yōu)點(diǎn)在于它們的小尺寸，高的效率、可靠性和耐久性，這使得適用于工業(yè)過程。
在激光二極管的情況下，可以容易地控制輸出功率、激光束的形狀和射束的尺寸。 因此，同一光源200可用于切割標(biāo)簽100以及加熱接合層20。例如，可以首先通過使激光束在粘合劑區(qū)域上迅速地掃過/掃描來激活粘合劑，并且隨后可以通過增加功率水平并且使用激光束圍繞標(biāo)簽100的邊緣行進(jìn)來切掉標(biāo)簽(圖7)。該過程還可以翻過來執(zhí)行，即首先切割標(biāo)簽并且隨后激活粘合劑。
使用同一輻射源用于切割和激活粘合劑二者可以提高加標(biāo)簽過程的靈活性。除其他之外，這使得可以通過構(gòu)圖等僅針對粘合劑層的所選擇的部分執(zhí)行激活。例如，接合層20 的中心區(qū)域可以包括第二區(qū)域，其未被完全加熱，或者被加熱到低于接合層20的第一區(qū)域的溫度。這可以進(jìn)一步增加加標(biāo)簽過程的速度和/或能量效率。在一個(gè)實(shí)施例中，僅標(biāo)簽 100的邊緣被轉(zhuǎn)換到粘性狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中，加熱區(qū)域可以形成網(wǎng)狀圖案、帶狀圖案或螺旋圖案。
對于沒有任何特定激活改善染料的丙烯酸粘合劑和聚氨酯粘合劑，可以通過使用紅外輻射IRl實(shí)現(xiàn)最佳激活結(jié)果。特別地，光源200可以是中波紅外加熱器或二氧化碳激光器。
應(yīng)考慮最高效的激活方法的選擇可以源自找到在實(shí)踐中執(zhí)行良好的最佳組合(粘合劑+激活波長+激活能量源)。因此，輻射源200的選擇可以是重要的。
大部分紅外發(fā)射器(熱發(fā)射器)可以被近似為黑體輻射源。例如，石英的測熱棒可以作為熱輻射源操作。黑體輻射源的輻照度光譜Bv(T)取決于溫度Τ，并且其可以根據(jù)普朗克輻射定律計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種用于將標(biāo)簽(100)附著到物品(300)的表面的方法，所述標(biāo)簽(100)包括載體層(10)和接合層(20)，所述方法包括通過使用紅外光(IRl)加熱所述接合層(20)，這樣的所述紅外光(IRl)具有峰值波長(λ ρ)處的最大光譜輻照度，其中所述接合層(20)具有在光譜上與所述峰值波長(λ ρ)匹配的吸收光譜區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述紅外光(IRl)的光譜與所述接合層(20)的光譜吸收率匹配，使得撞擊在所述接合層(20)上的紅外光(IRl)的至少20%的光學(xué)功率在所述接合層(20)中被吸收。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中最大光譜輻照度處于其中所述接合層(20)的光譜吸收率顯著高于所述載體層(10)的光譜吸收率的波長(λ P)處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述載體層(10)是紙。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述載體層(10)是塑料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述載體層(10)在光的可見區(qū)域(VIS)中是透明的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述接合層(20)包括丙烯酸粘合劑，其在所述加熱之前處于非粘性狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述接合層(20)包括聚氨酯粘合劑，其在所述加熱之前處于非粘性狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述接合層(20)包括染料，其吸收紅外光(IRl)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述紅外光(IRl)由鎢鹵素?zé)?200)提供。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述紅外光(IRl)由發(fā)射在800nm至1.6 ym 的范圍中的波長處的光的激光二極管(200)提供。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述紅外光(IRl)由二氧化碳激光器(200)提供。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，進(jìn)一步包括使用所述激光器(200)從紙幅 (WEB)切割標(biāo)簽(100)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述紅外光(IRl)由熱輻射源 (200 )提供，其中所述熱輻射源(200 )的溫度在800° C至1000° C的范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述紅外光(IRl)在加熱所述接合層(20 )之前透射通過所述載體層(10 )。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括通過使用從所述接合層 (20)散射的光監(jiān)控所述接合層的狀態(tài)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述接合層(20)包括光散射填料材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將標(biāo)簽(100)附著到物品(300)的表面的方法。標(biāo)簽(100)包括載體層(10)和接合層(20)。該方法包括通過使用紅外光(IR1)加熱接合層(20)，這樣的紅外光(IR1)具有峰值波長(λP)處的最大光譜輻照度，其中接合層(20)具有在光譜上與所述峰值波長(λP)匹配的吸收光譜區(qū)域。
文檔編號B65C9/25GK102511060SQ201080042605
公開日2012年6月20日 申請日期2010年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月24日
發(fā)明者K·梅特薩約基, N·米歇爾 申請人:Upm拉弗拉塔克公司