(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一軸延伸された再生可能原料の溶接方法であって、
ａ．延伸されたポリ乳酸から少なくとも部分的に構成される、溶接すべき面を備える一軸延伸されたストラップを準備するステップと、
ｂ．前記面を超音波溶接により溶接するステップと
を特徴とし、前記再生可能原料が、ポリ乳酸からなり、かつ、前記ポリ乳酸が、少なくとも９０重量％までのＬ−乳酸から製造されたものであり、
ステップｂ）で、溶接時間を１００〜４００ミリ秒に調節することを特徴とする、方法。
【請求項２】
ステップｂ）で、冷却時間を０〜３秒に調節することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一軸延伸された再生可能原料の溶接方法並びに本発明による方法で製造されたストラップに関する。
【背景技術】
【０００２】
９０年代半ば、生物学的に完全に分解できる材料からなる梱包用紐などの、再生可能原料からなる延伸製品が開発された。これらの紐は、主にデンプンを含有した。これらの紐は、原則的には確かに相互に溶接することができた。しかしながら、ストラップにとって通常のことであるが、引張負荷がかかる際に溶接場所が壊れるので、デンプンの低い耐熱性により、これらの紐は、ストラップとして全く不適当であった。デンプンが多糖類に属することで、これら当時の紐は、耐加水分解性ではなく、耐熱変形性も低かった。更に、工業用デンプンは、通常、ポリヒドロキシ酪酸などの他成分が、非常に高い割合で添加されており、このことは、さらなる欠点をもたらす。当時開発された紐は、ストラップとして不適当であった（ＤＥ２９５２０４４８Ｕ１、ＤＥ２９５２０４４９Ｕ１又はＥＰ０７９９３３５Ｂ１参照）。
【０００３】
ＤＥ１９６５４０３０Ｃ２に、ポリエチレン製のロープ様３次元網目構造を備える織物成長支持体（ｅｉｎｅｎ  ｔｅｘｔｉｌｅｎ  Ａｕｆｗｕｃｈｓｔｒａｅｇｅｒ）が記載される。このポリエチレンは、自動梱包装置用ストラップの代表的材料として、第２段３５行に記載されている。請求項に記載の成長支持体は、網目構造用のこの材料のほかに、微生物用の成長面として機能する織物組織も有する。この織物組織は、分解性有機物質からなっていてよい（第１段１８行）。ロープ様網目構造用の材料としても、分解性有機材料を使用することは、明白な技術的課題であるにもかかわらず、当時の当業者に思いつくものではなかった。このことから、有機分解性材料をストラップのような延伸生成物に使用することに対する偏見が明らかにあったことがわかる。
【０００４】
ＤＥ６９９２０７０２Ｔ２には、延伸されておらず、そのため引張強さに関する要件も充たしていなかったにちがいないポリ乳酸からなる生成物の超音波溶接が記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の課題は、延伸された再生可能原料を、生じる生成物が高い引張強さを有するように溶接できる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の根拠となるこの課題は、第一実施態様において、一軸延伸された再生可能原料の溶接方法により解決され、この方法は、
ａ．延伸された再生可能原料から少なくとも部分的に構成される、溶接すべき面を準備し、
ｂ．この面を、熱楔溶接、摩擦溶接、レーザー溶接、高周波溶接又は超音波溶接により溶接する
ことを特徴とする。
【０００７】
再生可能原料は力学的に十分安定ではなく及び/又は例えば加水分解を受けやすいという偏見があったので、この材料から、例えばストラップのような一軸延伸された生成物は、実際のところ、従来、製造されなかった。更に、再生可能原料の溶接の際に、材料の分解がおこり、そのため機械特性が悪くなるという偏見もあった。一軸延伸生成物は、既に予め力学的に負荷がかかっており、そのため、再生可能原料からなる延伸生成物の溶接点又は溶接継ぎ目が実際にゾル破壊点とみなされ、かつ、いずれにせよ力学的に負荷を担えないであろうという先入観があったので、この偏見は、一軸延伸生成物にそれだけいっそう当てはまる。延伸された再生可能原料は、機械特性を実質的に悪化させずに、熱楔溶接、摩擦溶接、レーザー溶接により、特に超音波溶接により溶接できるということが、このたび意想外にも判明した。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
好ましくは、ステップａ）で、一軸延伸紐、極めて特に好ましくは一軸延伸ストラップ、更に好ましくは梱包産業用一軸延伸ストラップを使用する。これとは無関係に、溶接すべき材料を好ましくは少なくとも１：３に延伸する。まさに、この材料の場合、特にストラップの場合、その使用には、一般に高い引張強さを必要とする。従って前記偏見に基づき、特に、溶接された再生可能原料からなるストラップは、従来不可能と考えられた。
【０００９】
好ましくは、ステップａ）で、押出された被溶接面を使用する。例えば織面の溶接とは異なり、例えば溶接個所で、溶接すべき面の間に空気を取り込むことなく又は空気を残すことなく、特に欠点のない溶接を実現できる。
【００１０】
溶接すべき面中の再生可能原料の割合は、相互に無関係に、好ましくは少なくとも３０重量％、特に少なくとも５０重量％、極めて特に好ましくは少なくとも９０重量％である。通常、好ましくは、溶接すべき面は、延伸再生可能原料からなる。
【００１１】
好ましくは、ステップａ）において、再生可能原料は、脂肪族ポリエステル、ポリアミド、脂肪族ポリエステルアミド、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリビニルアルコール、ポリアルキレングリコール、リグニン又は前記化合物の少なくとも１つを含むコポリマー、或いはこれらの混合物又は誘導体の群から選択される。再生可能原料がポリ乳酸及び／もしくはポリコハク酸（ＰＢＳ）又はその混合物もしくはその誘導体であるのは、特に好ましい。そうして、再生可能原料からなる延伸生成物は、初めて超音波で溶接でき、これは、従来公知のデンプンベースの材料と異なり、特に高い耐加水分解性及び高い耐熱変形性を有する。
【００１２】
デンプンは、多糖類として、加水分解されやすいこと以外に他の欠点も有し、例えばデンプン製荷物紐は、溶接の際に熱分解し、そのため溶接点がいわばゾル破壊箇所となった。この欠点は、この好ましい実施態様を用いて克服できた。従って、溶接すべき面のデンプン含有率も、好ましくは最大で１０重量％、特に、最大で５重量％である。従来技術から公知の、デンプンベースの梱包紐の他の欠点は、工業用デンプンが通常、例えばポリヒドロキシ酪酸から５０重量％より多く構成されることであった。
【００１３】
ポリ乳酸は、好ましくは、少なくとも４０重量％、特に少なくとも７０重量％、極めて特に好ましくは少なくとも９０重量％までのＬ−乳酸から製造される。即ち、そうして、特に高い結晶化度が得られうるので、これらの紐を特に良好に延伸できたことが、意想外にも判明した。Ｄ−酸を多く含有する紐は、むしろ、延伸にはそれほど好適でない無定形ポリマーを生じるように見える。
【００１４】
溶接すべき面の幅は、例えば３ｍｍ〜５０ｍｍの範囲、特に４ｍｍ〜３２ｍｍの範囲にある。溶接すべき面の厚さは、例えば０．２ｍｍ〜２ｍｍの範囲、特に０．４ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲、にある。
【００１５】
好ましくは、再生可能原料のモル質量Ｍｗの重量平均値は、２００００ｇ／ｍｏｌ〜３０００００ｇ／ｍｏｌの範囲、特に１０００００ｇ／ｍｏｌ〜２２００００ｇ／ｍｏｌの範囲にある。そのような再生可能原料から、意想外にも、低い脆性と高い引張強さの関係が特に釣り合ったストラップが生じる。
【００１６】
例えば０重量％〜１０重量％、特に０．５重量％〜２重量％の、慣用の混和剤、添加剤及び他の変性剤が含有されてよい。
【００１７】
好ましくは、面材料の繊維含有量は、最大で１０重量％、特に、最大で１重量％である。極めて特に好ましくは、本発明によるストラップは、繊維を含有しない。このことから、特に、熱可塑性材料と一緒に繊維を加工する際の、例えば空気混入による、特性の不均一が回避できる。
【００１８】
好ましくは、ステップｂ）で、溶接時間を５ミリ秒〜１秒、好ましくは１００〜４００ミリ秒に調節する。これとは無関係に、このステップｂ）で、好ましくは冷却時間を０〜３秒、特に０．２〜０．５秒に調節する。好ましい溶接時間と好ましい冷却時間の組合せが特に好ましいと判明した。それ以外は、溶接工程を、他の慣用のパラメーターを用いて実施する。
【００１９】
有利には、ステップｂ）で、溶接の際、溶接物と同じ幅のソノトロード（Ｓｏｎｏｔｒｏｄｅ）を選ぶ。また、ステップｂ）で、溶接の際に、１〜１００ｍｍ、特に５〜３０ｍｍの範囲の長さのソノトロードを使用することができる。
【００２０】
有利には、ステップｂ）で、溶接の際に、溶接すべき面を対向プレートに押しつけ、その際、ソノトロードと対向プレートの向き合う表面は、突起を備えた部分と滑らかな部分をそれぞれ有する。そこで、例えばソノトロードの表面に波形起伏がつけられていてよく、他方対向プレートの表面はなめらかである。そのため溶接領域にある被溶接面に僅かの変形が生じることが意想外にも確認された。溶接領域にある被溶接面の僅かの変形により、その後、例えば引張力が生じ、溶接は、総じて高い強度を得る。強度値は溶接ごとにあまり変わらないので、本発明により好ましい方法で、相対的に高くかつ一様な強度を有する溶接が、多数生じ得ることが、更に、確認された。
【００２１】
他の実施態様において、本発明の根拠となる課題は、本発明方法で製造されたストラップにより解決され、ＤＩＮ５３５０４により測定される引裂抵抗が、少なくとも５Ｎ／ｍｍ２、特に少なくとも１００Ｎ／ｍｍ２であることを特徴とする。
【００２２】
好ましくは、ＤＩＮ５３５０４による破断伸びは、高々１００％、特に好ましくは高々５０％、極めて特に好ましくは高々２０％である。
【実施例】
【００２３】
Ｌ−ポリ乳酸であるポリ乳酸の顆粒（Ｎａｔｕｒｅ  Ｗｏｒｋｓ社のＰＬＡポリマー４０３２Ｄ）を溶融し、一軸押出機を用いて、２２０℃で、スリットノズルを通して押し出した。押出物を、温度５０℃の水浴に送り、引き続いて、空気中で１：４に延伸した。次いで、得られた紐を空気中で硬化させ、冷却し、その後巻き取った。引き続き、テストのために、慣用の引っ越し用カートンをこの得られたストラップで結束するが、その際、紐を引っ越し用カートンの周りに回し、ストラップの両端を２ｃｍ重ねた。ストラップの重なった端は、超音波溶接により相互に溶接した。溶接時間は２５６ミリ秒に調節した。冷却時間は１秒に調節した。それ以外は、慣用のパラメーター値を選択した。ソノトロードの幅は４ｍｍ、長さは１５ｍｍであった。表面に波形の起伏（Ｒｉｆｆｅｌｕｎｇ）が付けられており、但し、波形起伏の幅は１ｍｍ、深さは同様に１ｍｍであった。波形起伏の突起は、丸くされていた。対向プレートは滑らかであった。製造パラメーター、特に、押出の際のスリットノズルの厚さと幅、は、延伸後に厚さ０．７ｍｍ、幅１２ｍｍのストラップが生じるようにまとめて選択した。
【００２４】
本発明により製造されたストラップは、１４５Ｎ／ｍｍ２より高い引裂抵抗を有した（ＤＩＮ５３５０４により測定）。破断伸びは、２０％未満であった（ＤＩＮ５３５０４による）。加水分解による分解は観察されなかった。得られたストラップは、加水分解安定であった。更に、得られたストラップは、少なくとも７０℃まで熱変形しなかった。
【００２５】
両方の紐の溶接された箇所の引裂抵抗は、１１０Ｎ／ｍｍ２より大きかった（ＤＩＮ５３５０４による）。破断伸びは、１％より大きく（ＤＩＮ５３５０４による）、２０％未満（ＤＩＮ５３５０４による）であった。