NO138039B - Ekspansjonsbolt. - Google Patents

Description

Voksblandinger, til overtrekning av papp f. eks. kartong og kartonggjenstander som emballasje.

Denne oppfinnelse angår voksblandinger. Voksarter inndeles d forskjellige vel definerte grupper. Disse omfatter paraffinvoks (normalt fremstillet fra destillater av mineralske smøreoljer), mikrokry-stallinskvoks (vanligvis fremstillet frasmø-reoljeresiduumfraksjoner), bløte voksarter som omfatter isoparaffin- og naftenvoksarter, vanligvis erholdt under paraffinvoksarters befrielse for olje, samt de så-kalte 'høyt smeltende voksarter som normalt fremstilles ved fraksjonering av mikrokrystallinsk voks. Hver av disse voksty-per har vist seg å ha særegne fysikalske egenskaper som gjør dem spesielt egnet for bestemte anvendelser. Således anvendes mange av disse voksarter enten alene eller i kombinasjon, til å gjøre pappemballasje for næringsmidler vanntette og særlig ttil fremstilling av pappemballasje for meieriprodukter. Sådanne voksarter må ha kritisk begrensende egenskaper på grunn av den behandling som katongene er utsatt for under deres fremstilling, lagring og transport så vel som for de temperaturer, som de er utsatt for under disse hånd-teringstrinn. Problemet er komplisert, også på grunn av den spesielle størrelse av be-holderen, da imange mindre beholdere ikke krever så kritiske egenskaper hos den voksart som brukes for å gjøre dem vanntette som de større beholdere, f. eks. kartonger på 214 liter for melk. Man pleier gjerne å anvende en kombinasjon av flere voksarter med forskjellige egenskaper, for å oppnå en optimal kombinasjon av egenskaper, hva angår dets, smeltepunkt, dets motstand mot støt, dets sperrepunkt («blocking point»), dets motstand mot av-skalling og andre egenskaper som i det følgende skal diskuteres mere inngående.

Visse ikkevoks-komponenter blir ofte tilsatt til voksblandinger, særlig til sådanne som kommer i kontakt med næringsmidler. Disse omfatter især hydrocarbonpolymeri-sater, f.eks. polyethylen. Det harvært fore-slått å anvende polyethylen med midlere molekylvekter i området ca. 1500 til ca. 20000.Visse kombinasjoner avpolyethylener har vist seg å ha visse fordeler. Kombina-sjonene omfatter en blanding av polyethylenen med lav og høy molekylvekt, for å oppnå en optimal kombinasjon av fysikalske egenskaper hos blandingene (U.S. patent nr. 2 842 508). Mens disse forskjellige tilsetninger og deres 'kombinasjoner har vist seg å ha gunstige resultater, har de ikke på noen måte vært helt fri for uhel-dige egenskaper for næringsmiddelkar-tongovertrekk.

Et av disse synspunkter er særlig tyde-lig ved overtrekning av kartonger for godt og vel 2 liters innhold av melk. Kartong-emner for disse ble tidligere merket med en spesiell mekanisme ved foldningskan-tene og formes til kartongen, limes og blir dyppe-overtrukket med en voksblanding. Man har funnet at det voks som finnes i det indre av foldingskantene er tilbøyelig til å brekkes av i form av «snorer». Dette unngåes ikke ved bruk av noe spesielt polyethylen eller en kombinasjon av polyethylener med lav og høy gjennomsnittlig molekylvekt som åpenbart i nevnte U.S. patent nr. 2 842 508. Hertil kommer at av-skalling av voksovertrekkene vil fortsette, særlig efter at kartongen er blitt utsatt for mekaniske støt som det hender ved be-vegelse og transport av de kolde kartonger som inneholder meieriprodukter, f. eks. melk.

Et annet problem som ikke har vært helt tilfredsstillende løst hittil, er voksforbruket. Dermed skal forståes mengden av en voksblanding som er funnet å være nød-vendig for å overtrekke vokskartongen tilfredsstillende. Da disse kartonger anvendes i store mengder for billige produk-ter, er det viktig å skaffe tilveie tilfredsstillende overtrekk med minimal mengde av blandingen for dette øyemed. Forbruket er en følge av den voksart som vanligvis absorberes i kartongpappens indre, av viskositeten og av dens stivningsfaktorer.

Nærværende oppfinnelse fører til meie-ri-kartongblandinger som inneholder polyethylener med forbedrede egenskaper, hva angår støtmotstand, motstand mot lave temperaturer kombinert med et relativt lavt voksforbruk.

I henhold til oppfinnelsen omfatter vokskomposisjonen en hovedandel av en petroleumvoks med et smeltepunkt i området fra 50 til 65° C, og to typer av polyethylener. Den ene type har en polyethylen med relativt lav tetthet mellom 0,860 og 0,910 og den annen type er en polyethylen med relativt høy tetthet (spesifikk vekt), mellom 0,915 og 0,990 ved 20°.

Den petroleumvoks som utgjør grunn-laget for voksblandingen ifølge oppfinnelsen kan inneholde 40—60 vektpst. av en paraffindestillatvoks med et smeltepunkt mellom 50 og 60° C, 5—20 vektpst. av et tungt paraffinvoksdestillat med et smeltepunkt mellom 60 og 80° C, videre 10—20 vektpst. av en residuell mikrokrystallinsk voks, og 25' til 40 vektsdeler av et plastisk isoparaffinnaften-voks-destillat med et smeltepunkt mellom 40 og 45° C.

Voksblandingen kan inneholde 0,25— 5 vektpst., fortrinnsvis 0,35—1,5 vektpst. av et polyethylen med en tetthet mellom 0,860 og 0,910 ved 20° C, og 0,05—0,75 vektpst. av et polyethylen med en tetthet mellom 0,915 og 0,990 ved 20° C. Tett-hetene ved 20° C av polyethylenene be-stemmes ved en hydrostatisk metode i luft og kerosin.

De midlere molekylvekter av hver av polyethylenene kan ligge fortrinnsvis mellom 1000 og 12000 og mere, særlig mellom 1500 og 6000.

Det er å foretrekke at polyethylenene med høy letthet har et klarhetspunkt («cloud-point») over 75° C.

Komposisjonen ifølge oppfinnelsen viser en vesentlig forskjell mellom «koagu-leringspunkt» (ASTM Test D 938) og «smeltepunkt» (ASTM Test D 87). De vanlige voksblandinger som inneholder en enkel polyethylen viser liten (om noen) forskjell mellom disse to verdier. Forskjellen tyder på at blandingen «gjør seg gjeldende» tidligere i kartongovertreknlngsmaskinen og derfor bidra til å redusere voksforbruket.

Kombinasjonen av høy og lav tetthet for polyethylener i voks fører til blandinger med egenskaper som ikke kan oppnåes ved bruk av noen av disse to hver for seg. Den største fordel som oppnåes ved tilstede-værelsen av den relativt lavere tetthet hos polyethylenene, er fordelen ved støtmot-stand ved de temperaturer som kreves ved lagring av næringsmidler, mens den vesentlige fordel ved den relativt høye tetthet hos polyethylener er en minskning av voksforbruket (når man sørger for å opprettholde god overtrekning). Hver av disse faktorer er ønskelig og endog vesentlig for en tilfredsstillende virkning av voksblandinger, når den anvendes til overtrekk på næringsmlddeikartonger.

En annen fordel ved bruk av kombinasjonen av de to typer polyethylener er det større spillerom av voksarter som da kan anvendes ved kartonger for meieriprodukter. Hvis bare en enkelt type polyethylener anvendes, er det nødvendig å fremstille voksen således at der fremkommer et relativt lavt sperrepunkt. Med kombinasjonen er dette ikke nødvendig.

Virkningene av kombinasjonen av polyethylenene som forklart viser seg å være meget uavhengig av den midlere molekylvekt av hver av de to polyethylener.

Tabell 1 gir de typiske eksempler på polyethylener som ansees å ha lave tett-heter.

Tabell 2 inneholder et antall polyethylener med relativt høy tetthet pas-sende til bruk i blandingene ifølge denne oppfinnelse. Polyethylenenes tetthet av-henger for en stor del av deres frem-stillingsmåte, men kan bli sterkt påvirket av polyethylenenes etterbehandling, f. eks. ved bestråling. Bestråling er også gunstig med hensyn til andre egenskaper hos poly-ethylénene som kan utnyttes, spesielt deres forbedrede elastisitetsmodul, hvilket igjen fører til bedre egenskaper hos voksblandingen, hvori polyethylenene er inkorporert. Anvendelse av polyethylener med relativt lav tetthet fører til en forbedring i støtmotstand. Anvendelsen av polyethylener med lav tetthet til inkorporering og forhøyelse av de ønskelige egenskaper gjør det med assistanse av isoparaffin-naften-voks mulig å bruke hårdere, høyere smeltende komponenter enn på annen måte mulig for den samme kvalitet, så at blandingens sperrepunkt blir høyere. Som dessuten de data viser som inneholdes i ar-beidseksemplene og er oppført nedenfor, vil kombinasjonen av de to typer av poly-propylen også iresultere i en betydelig re-duksjon i .forbruk uten tap i overtrekk av voksblandingen, når den anvendes som overtrekksmateriale på kartongmasse.

Oppfinnelsen omfatter stort sett den modifikasjon av enhver petroleumvoks som har polyethylener med høy og lav tetthet. Men den er særlig anvendelig i for-bindelse med meieriprodukter, hvor kar-tongens fysikalske egenskaper tilfredsstil-ler en rekke strenge og inn i hinannen gripende krav. Alminnelige paraffin-voksarter har vist seg å være alt for skjøre, når de anvendes alene ved lagringstempe-raturer for meieriprodukter. Deres bruk, i uforandret form, som overtrekningsblan-dinger er helt utilfredsstillende på grunn av skjørheten ved lave temperaturer, da der foregår en meget omfattende avskal-ling og oppløsning, sprekning, av over-trekket. En av de tidligere brukte for-andringer av sådanne blandinger var å kombinere en vesentlig mengde mikrokrystallinsk voks med paraffinvoks. Mik-rokrystalllnske voksarter fåes fra residu-ene smøreoljefraksjoner og utgjør bare små mengder normale parafflnvoksarter, men over ca. 80 pst. naften-voksarter med sterkt forgrenete carbonkjeder og relativt høy molekylvekt. Disse utmerker seg ved sin dårlig krystallinske eller mikro-krystallinske struktur, i motsetning til den høyt krystallinske karakter av normale paraffinvoksarters alminnelige destillat. Selv om den resulterende blanding ut-gjør et forbedret destillat av paraffinvoksarter til bruk som kartongovertrekk, så mangler det mange av de egenskaper, f. eks. meget god absorpsjonsevne, som kom-posisjoner for meieriproduktkartonger bør ha. Dessuten var smielteviskositeten relativt høy, hvis ikke mere enn en beskjeden mengde av mikrokrystallinsk voks var tilstede. Videre var blandingens bøyelighet ikke tilstede i den mest ønskelige grad. Yt-terligere forbedringer ble derfra fremdeles gjort under befrielse av krystallinske voksarter for olje. De således oppnådde bløte voksarter omfatter en blanding av isoparaffin- og naftenvoksarter med relativt høy molekylvekt og som normalt er forurenset ved innhold av vesentlige mengder olje. Derfor må de bløte voksarter man får ved å befri destillater av paraffinvoksarter for olje, befries for olje for å kunne anvendes ved nærværende oppfinnelse. De ut-gjør voksblandinger med sterkt øket bøye-lighet ved lave temperaturer og reduserer viskositeten 1 smeltet tilstand. På denne måte kan de lettere brukes i standard kar-tongfremstillingsmaskiner.

Fremdeles ble der oppfunnet ytterli-ge forbedringer ved de kombinerte egenskaper hos kartongvoksblandlnger ved øket tilsetning av tunge destillatvoksarter. Disse utgjør 1 seg selv en spesiell varietet, da da har ikke alene forholdsvis høye smeltepunkter, men også inneholder en mindre mengde normale paraffinvoksarter, sam-tidig som de har hovedsakelig en krystal-linsk paraffinvoksstruktur. De utgjør således sådanne blandinger med øket sperrepunkt, at de bare fikk forbedrede koldfly-teegenskaper og øket bruddmotstand ved bråkjøling. Det er denne spesielle kombinasjon av voksarter som særlig tilsettes polyethylener med både høy og lav tetthet og som får spesiell anvendelse.

De paraffindestillatvoksarter som ut-gjør hovedkomponenten i nærværende blandinger har de beste smeltepunkter mellom 50° C og 60° C, fortrinnsvis mellom 54° C og 60° C. De oppnåes normalt ved den vel kjente operasjon å befri for voks de voksholdige destillater av sådanne smøreoljet raks joner som oppstår ved raf-finering av petroleum. De omfatter hoved-mengdene av normale paraffinvoksarter med mindre mengder av unormale pa-raffiner, hovedsakelig isoparaffiner og naf-tener. De tunge destillatvoksarter oppnåes av de høyest kokende fraksjoner av smør-oljedestillater og har normalt smeltepunkter mellom 60° C og 80° C. Residuelle mik-krokrystallinske voksarter har bare mindre mengder av deri værende normale paraf-finer og i sterkt overveiende grad inne-holdende naftenvoksarter med meget for-grenede carbonkjeder og med smeltepunkter i området 54—71° C, vanligvis mellom 60 og 66° C. De før omtalte plastiske voksarter får man, som tidligere kort forklart, ved å befri rådestillatvoksarter for olje for å oppnå en såkalt «bløt voks» som inneholder opp til ca. 30 vektpst. olje. Denne olje fjernes ved den vanlige operasjon for boirtskaffelse av olje og ved en rimelig lav temperatur, så at den voks man opp-når er av en høy isoparaffin- og naften-natur og har et smeltepunkt i området 40

—45° C. Følgelig har de voksarter som i det hele utgjør mere enn ca. 90 vektpst. av de tilstedeværende vokspolyethylenblandin-ger følgende foretrukne sammensetninger:

Vokspolyethylen-blandingene er så forurenset at de frembyr små, om noen, problemer i sin gruppe. Voksartene (antatt at mere enn en type av petroleumvoks utnyttes) kombineres ganske enkelt ved å smelte de to voksarter sammen og omrøre blandingen. Polyethylenene blir fortrinnsvis inkorporert ved å suspendere dem i en beholder eller en annen perforert apparat-del og å la vokssmelten sirkulere gjennom den, inntil polyetlhylenene er fullstendig dispergert 1 hele voksen. Dette utføres helst ved en temperatur mellom 55° og 120° C. Der viser seg ingen merkbar fordel ved å dispergere polyethylenene enten med lav eller med høy tetthet i voks før inkorpo-reringen av den annen polyethylen.

På grunn av noen av de tidligere frem-komme uttalelser var det nødvendig å be-stemme, om de gunstige virkninger ved-rørende støtmotstand, sperrepunkt og voksforbruk skyldtes en kombinasjon av polyethylener med forskjellig molekylvekt, eller om det i virkeligheten berodde på kombinasjonen av polyethylener med høy og lav tetthet. For å undersøke dette spørsmål, ble voksblandingen forandret med en kombinasjon av polyethylener med høy og lav tetthet og med hovedsakelig den samme gjennomsnittlige molekylvekt, nemlig omkring 4000. Den for dette øyemed anvendte vokssammen-setning var følgende:

Denne blanding ble forandret ved polyethylener med høy og lav tetthet og med de samme gjennomsnittlige molekylvekter og ved å kombinere disse to polyethylener, som det fremgår av tabell 3.

Av de i denne tabell oppførte data vil det sees at anvendelsen av polyethylener med lav tetthet førte til en voksblanding med god støtstyrke, men forholdsvis høy voksabsorpsjon av standard kartong-plater eller papp for meieriprodukter. Når polyethylenen med relativt høy tetthet ble brukt (prøve 4), ble støtstyrken skarpt redusert, mens voksabsorpsjonen ble forbedret. Men når de to polyethylener ble kombinert til en enkelt voksblanding (prøve 5), viste det seg at støtstyrken var utmerket og at voksabsorpsjonen fortsatte på en redusert basis.

Tettheten hos den foran omtalte polyethylen med lav tetthet var 0,880 ved 20° C.

Efter å ha funnet at de gunstige virkninger på støtstyrken, voksforbruket og voksabsorpsjonen var uavhengig av polyethylenenes molekylvekt, ble der utført videre prøver av kombinasjoner av polyethylener med forskjellige molekylvekter, og der ble oppnådd den samme grad av forbedring, både av støtstyrke og av voksforbruk, så lenge som polyethylener med både høy og lav tetthet var tilstede i vokskomposisjonen.

Ved en annen sammenlignende prøve ble kartonger vokset i en kommersiell maskin. Den gjorde bruk av den foran nevnte blanding av voksartene. I ett til-felle anvendtes 1,2 pst. polyethylen med lav tetthet (prøve 3 i tabell 3). Denne forutsatte 25,4 kg voks for en god overtrekning av 1000 kartonger. Men, hvis 2 pst. av polyethyleninnholdet ble erstat-tet med en like stor mengde polyethylen med høy tetthet (0,927), ga den resulterende blanding god overtrekning med bare 32,1 kg av blandingen.

Ca. 21/, liters (en halv Gallons) kartonger ble fremstillet ved bruk av føl-gende: Den samme blanding av voksarter som anvendt i prøvene ifølge tabell 3, men endret med tilsetning av 1 pst. polyethylen med lav tetthet, og 0,25 pst. polyethylen med høy tetthet (prøve 7 i tabell 3). Voksblandingen, inkl. polyethylenene, hadde et smeltepunkt i området 58° C og en sperretemperatur på 41° C. Tabell 4 oppregner et antall viktige egenskaper ved denne blanding som den ble anvendt på en standard melkkartong, som inne-holdt ca. 5 pst. fuktighet, da den ble fremstillet til kartonger for 2i/> liters innhold.

Av denne tabell vil det sees at de kartonger som er fremstillet fra en blanding ifølge denne oppfinnelse viste ut-merkede egenskaper, nemlig sådanne som alminnelig forlanges av meierikartongfa-brikanter og forbrukere. De mest beteg-nende data, forsåvidt denne oppfinnelse angår, er bemerkningene vedrørende «lø-se snorer», «løse skall» og voksforbruk, de øvrige egenskaper som sprekkmengde, omslagsegnethet osv., er meget ønskelige, men er ikke nødvendigvis vesentlige.

Claims (3)

1. Voksblandinger til overtrekning av papp, f. eks. kartong, og som inneholder en overveiende mengde av en mineralsk voks og en mindre mengde av et polyethylen, karakterisert ved at blandin-genes polyethyleninnhold består av to typer polyethylen, idet den ene type er et polyethylen med en relativt lav tetthet mellom 0,860 og 0,910 ved 20° C, mens den annen type er polyethylen med en relativt høy tetthet mellom 0,915 og 0,990 ved 20° C. 3.

Voksblanding ifølge påstand 1, karakterisert ved at polyethylenet med relativt lav tetthet er tilstede i mengdeforhold fra 0,25 til 5 vekt-pst. fortrinnsvis fra 0,35 til 1,5 vekt-pst., mens polyethylenet med relativt høy tetthet er tilstede i mengdeforhold fra 0,05 til 0,75 vekt-pst.

3. Voksblanding ifølge påstand 1 eller 2, karakterisert ved at polyethylenet med relativt høy tetthet har uklarhetspunkt (cloud point) over 75° C.