高性能涂布密封剂 |
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| 申请号 | CN201580066231.5 | 申请日 | 2015-10-09 | 公开(公告)号 | CN107000364A | 公开(公告)日 | 2017-08-01 |
| 申请人 | 金达莱电影美洲有限责任公司; | 发明人 | 蒂埃里·JL·达巴迪; 劳伦特·尚特莱纳; 安纳德·森达拉拉曼; 艾瑞克·T.·戈尔; 迈克尔·A.·赫巴德; 琳赛·J.·曼德斯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种多层膜，其包括包含一种或多种 聚合物 的核心层，其中所述核心具有第一侧和第二侧并且任选地定向。此外，所述多层膜包括包含底漆和密封涂层的密封层，其中所述底漆的底漆涂层重量是0.05到0.5g/m2并且位于所述核心的所述第一侧与所述密封涂层的第一侧之间，其中所述密封涂层的密封涂层重量是0.5到20.0g/m2，其中所述多层膜的密封强度在120℃下是至少1kg/in。在各种 实施例 中，所述膜展示突出的密封强度、宽 温度 范围内针对透明和白色膜两者的热粘性、Skye测试下的密封完整性、低粘连以及其它所期望的性能指标。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种多层膜，其包含： |
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| 说明书全文 | 高性能涂布密封剂[0001] 相关申请的引用 [0002] 本申请主张标题为“高性能涂布密封剂”并且在2015年10月9日提交的具有申请号PCT/US2015/055016的专利合作条约的优先权，所述专利合作条约主张2014年10月9日提交 的美国临时申请序号62/061,746的优先权。上文列举的优先权申请均以全文引用的方式并 入本文中。 技术领域[0003] 本发明涉及多层膜中的高性能涂布密封剂；施用到膜上的方法；由膜制备的产品，如袋子、标签、包装、标记以及其它结构；以及其用途，以便含有食品、饮料以及其它物品或其它成品用途，如下文中所陈述的那些用途。 背景技术[0004] 本发明涉及一种改良的层压级共挤出膜和展现一种或许多所期望的性能指标的其它结构，所述性能指标包括例如突出的密封强度、宽温度范围内针对透明和白色膜两者 的热粘性、Skye测试下的密封完整性、低粘连、低摩擦系数等。 [0005] “密封强度”是用于例如过程验证、过程控制以及能力的定量测量。密封强度不仅与打开力和包装完整性相关，而且与测量包装过程的能力相关以产生一致的密封件。在某一最小水平下的密封强度是必要的包装要求，并且时常期望限制密封强度以促进打开。 [0006] “热粘性”是紧接在密封之后但仍在热条件下，即，在其已冷却到环境温度并且实现其最终强度之前，热密封的强度。 [0007] “密封完整性”测试如密封包装中密封的完全性或“完整性”。在Skye测试下，Skye测试仪的使用由待插入小袋并且插入压力测量装置中的针组成。小袋经由针用空气来充气并且测量破裂压力。其是密封条件下小袋的破裂强度的测度。举例来说，通过重复用于不同密封组合的测试，可以在恒定密封温度下相对于密封时间标绘破裂强度。 [0008] “粘连”是粘着作用在膜的层之间发展的倾向，尤其当层处于压力下，例如在所储存卷筒中时。 [0009] “摩擦系数”是物件与表面之间的摩擦力与抵抗物件运动的摩擦力的比率。 [0010] 形成并且使用具有高性能涂布密封剂的多层膜和基于其的其它结构的方法以及产品和应用适用于各种工业。 发明内容[0011] 在一个实施例中，公开一种多层膜，其包括包含一种或多种聚合物的核心层，其中所述核心具有第一侧和第二侧并且任选地定向。此外，多层膜包括包含底漆和密封涂层的密封层，其中底漆的底漆涂层重量是0.05到0.5g/m2并且位于核心的第一侧与密封涂层的 2 第一侧之间，其中密封涂层的密封涂层重量是0.5到20.0g/m ，其中多层膜的密封强度在 120℃下是至少1kg/in。 [0012] 在另一个实施例中，公开一种形成包括包含一种或多种聚合物的核心层的多层膜的方法，其中所述核心具有第一侧和第二侧并且任选地定向。此外，所述方法包括包含底漆和密封涂层的密封层，其中底漆的底漆涂层重量是0.05到0.5g/m2并且位于核心的第一侧 与密封涂层的第一侧之间，其中密封涂层的密封涂层重量是0.5到20.0g/m2，其中多层膜的密封强度在120℃下是至少1kg/in。 [0013] 在又一个实施例中，公开多层膜用于包装、加标签(tagging)、装袋或标记应用的用途，其中多层膜包括包含一种或多种聚合物的核心层，其中核心具有第一侧和第二侧并 且任选地定向。此外，多层膜包括包含底漆和密封涂层的密封层，其中底漆的底漆涂层重量是0.05到0.5g/m2并且位于核心的第一侧与密封涂层的第一侧之间，其中密封涂层的密封 涂层重量是0.5到20.0g/m2，其中多层膜的密封强度在120℃下是至少1kg/in。 附图说明 [0014] 因此，获得本发明的上文所述特征、优势以及目标并且可以在详细的更特定的描述中理解的方式虽然在上文简要概括，但可以参照在附图中说明的其实施例来进行。 [0015] 然而，应注意，附图仅说明本发明的典型实施例并且因此不应被视为限制本发明的范围，这是因为本发明可以准许其它同等有效的实施例。 [0016] 图1描绘多层膜的至少三个层的所公开方法、系统以及设备的实例实施例的表格图示。 [0017] 图2描绘多层膜的至少三个层的密封层的所公开方法、系统以及设备的实例实施例的表格图示。 [0018] 图3-图15展示关于本文中膜的所公开方法、设备以及组成而获得的实验结果。 具体实施方式[0019] 在下文中，方向术语，如“以上”、“以下”、“高于”、“低于”、“前面”、“后面”、“顶部”、“底部”等为方便起见用于参看附图。一般来说，“以上”、“高于”、“朝上”、“顶部”以及类似术语指远离地球表面的方向，并且“以下”、“低于”、“朝下”、“底部”以及类似术语指朝向地球表面的方向，但意指仅用于说明性目的，并且术语不意指限制本发明。 [0020] 本发明涉及包括多层膜的方法、组成以及设备，所述多层膜具有至少三个显示突出的密封性(例如热密封性能，如就强度和完整性来说)、可印刷性、柔性、包装以及机械加工特征的层。这些特征可以产生存在于一些可比较方法、组成以及设备中的层压物的优先 替代物。所公开的方法、组成以及设备的应用可以包括(例如)水平形成-填充和密封 (“Horizontal-Form-Fill-and-Seal，HFFS”)、垂直形成-填充和密封(“垂直-Form-Fill-and-Seal，VFFS”)、盖子、小袋(sachet)、直立袋(stand-up pouche)、外包装、预制袋等。 [0021] 这些至少三个层中的一个是核心或基底层，即，“核心层”，其可以包括一种或多种聚合物，例如(但不限于)聚丙烯类聚合物(“PP”)或其共聚物、聚酯类聚合物(“PET”)(例如聚乙烯-萘二甲酸酯类聚合物(“PEN”)、聚丙交酯类聚合物(“PLA”)等)、聚乙烯类聚合物(“PE”)或其共聚物、聚酰胺类聚合物(“PA”)以及其组合。可以共挤出包含这些一种或多种聚合物的核心层。另外并且替代地，核心层可以在机器或横向方向上单轴定向；在替代方案中，核心层可以双轴定向(“BO”)。自身定向可以在机器或横向方向上或在机器和横向方向两者上出现一次或多次。核心层可以进一步包括弹性体、塑性体、乙烯-乙烯醇(“EVOH”)类聚合物以及其组合。核心层可以更进一步包括添加剂，如表面活性剂、蜡、防粘剂/助滑剂、成穴剂或空隙形成剂、乳浊剂、颜料、着色剂、抗氧化剂、防雾剂、抗静电剂、填充剂、湿气阻挡添加剂(moisture barrier additive)、气体阻挡添加剂、湿润剂、粘着剂以及其组合。 [0022] 在一个实例实施例中，核心层包括双轴定向聚丙烯(“BOPP”)，如乙烯-丙烯(“EP”)共聚物、乙烯-丙烯-丁烯(“EPB”)三元共聚物、聚丙烯(“PP”)均聚物以及其组合，其中添加或不添加一种或多种塑性体、弹性体或乙烯-乙烯醇类(“EVOH”)以及其组合。合适的弹性体/塑性体的实例包括(但不限于) 的 (例如6102等)、 的等。在又另一个实例实施例中，核心层包括双轴定向聚酯，如聚酯对苯二甲酸酯 (“PET”)或双轴定向聚酰胺(“PA”)。 [0023] 在另外或替代的实例实施例中，自身核心层可以是涂布膜，并且从而制造具有超过一个涂布层的多层膜。举例来说，将EVOH涂层施用到基底膜。经EVOH涂布的表面可以通过真空金属化使铝沉积以产生金属化材料，并且随后金属化材料可以穿过涂布机一次或更多 次，以将一种或多种密封剂和/或其它涂层施用到金属侧、金属侧的反面或两者。这种多层膜将具有超高的阻挡特性和密封剂技术的优势，同时避免定向器上EVOH层与聚丙烯共挤出 的复杂性。 [0024] 至少三个层的其它两个是底漆和密封涂层，即，统称为与具有第一侧和第二侧的核心层的第一侧直接或间接接触的“密封层”。更确切地说，底漆位于核心层的第一侧与密封涂层的一侧之间，并且可以为膜的密封层提供例如湿润和/或粘附增强。在替代实例实施例中，底漆可以包含一种或多种聚合物，例如(但不限于)聚乙烯亚胺类聚合物(“PEI”)、聚氨基甲酸酯类聚合物(“PU”)、乙烯-丙烯酸酸类聚合物(“EAA”)、如弹性体和/或塑性体的聚合物以及其组合。在各种实例中，底漆的涂层重量可以在0.05到0.5g/m2范围内。同样在替代实例实施例中，密封涂层包括涂布于至少三个层膜的最外表面上的聚烯烃分散体 (“POD”)。POD可以含有具有高固体含量，例如>25重量％。POD可以使用BLUEWAVETM技术和开发的方法来制备。POD可以包括一种或多种如 的离聚物、如弹性体、塑性 体以及其组合的聚合物、乙烯-乙酸乙烯酯类(“EVA”)聚合物、乙烯醇类(“VOH”)聚合物、EAA聚合物、聚丙烯类聚合物、聚乙烯类聚合物、如马来酸类(“MA”)的有机酸、苯乙烯-嵌段共聚物(“SBC”)、非晶形酰胺聚合物以及其组合。在替代实施例中，密封层可以基于丙烯酸聚合物、聚氨基甲酸酯类聚合物(“PU”)、聚偏二氯乙烯(“PVDC”)类聚合物、聚对苯二甲酸乙二酯(“PETG”)类聚合物。密封层可以更进一步包括添加剂，如先前在本发明中列出的那些添加剂。在各种实例中，密封涂层的涂层重量可以在0.5到20.0g/m2范围内。 [0025] 在任选的其它实例实施例中，所公开的方法、组成以及设备可以包括除前述至少三个共挤出层以外的层。这类层的一个实例可以包括两个层，即任选的底漆和可印刷涂层，并且在本文中统称作“可印刷层”。更确切地说，这种任选的底漆位于核心层的第二侧与可印刷涂层的一侧之间。在替代实例实施例中，任选的底漆可以包含一种或多种聚合物，例如(但不限于)聚乙烯亚胺类聚合物(“PEI”)、PU类聚合物、EAA聚合物以及其组合。在各种实例中，任选的底漆的涂层重量可以在0.05到0.5g/m2范围内。同样在替代实例实施例中，可印刷涂层可以包括一种或多种聚合物，例如(但不限于)苯乙烯类聚合物、丙烯酸类聚合物、苯乙烯-丙烯酸类聚合物(“SAC”)、如 8300的PVDC以及其组合；此外，这类一种或多种 聚合物可以是无光泽或有光泽的。在各种实例中，可印刷涂层的涂层重量可以在0.5到 15.0g/m2范围内。 [0026] 在任选的和又其它实例实施例中，所公开的方法、组成以及设备可以包括替代或补充前述层的其它层。实例包括一个或多个金属层和/或粘结层。金属层安置在核心层的中间。一个或多个金属层可以通过沉积选自包括例如铝、银、金以及其组合的群组的金属来金属化。膜的一个或多个金属化层可以在金属化之前任选地经历表面处理，例如火焰、电晕、处理以及其组合。 [0027] 在任选的和又其它实例实施例中，所公开的方法、组成以及设备可以包括替代或补充前述层的其它氧化物(例如铝、硅等)层。实例包括一个或多个氧化物层和/或粘结层。 一个或多个氧化物层安置在核心层的中间。一个或多个氧化物层可以是来自包括例如铝、 硅、其它金属、非金属或类金属以及其组合的群组的一种或多氧化物的真空涂布沉积物。在替代实施例中，氧化物层可以用涂布方法来涂布，所述涂布方法如直接或反向凹版印刷、苯胺印刷或平版印刷。涂布有一种或多种氧化物的膜的一个或多个层可以在任何所述真空涂 布沉积物之前任选地经历表面处理，例如燃烧、电晕、等离子体等以及其组合。 [0028] 一个或多个粘结层安置在核心层和任何其它膜层例如可印刷层、密封剂层、一个或多个金属层的中间和/或前述中的任一个之间。多层膜的每一个粘结层通常用于连接两 个层，如因不相容性问题所致可能以另外的方式粘合不佳的两个层。一个或多个粘结层也 可以按需要提供一些其它功能性，如阻挡、密封性和/或机械加工性增强、防粘粒子支撑 (anti-block particle support)，或其它益处。一个或多个粘结层可以任选地包括一种或多种塑性体、弹性体以及其组合，而不管核心层是否包括一种或多种塑性体、弹性体以及其组合。 [0029] 图1描绘多层膜的至少三个层的所公开方法、系统以及设备的实例实施例的表格图示。 [0030] 图2描绘多层膜的密封层的所公开方法、系统以及设备的实例实施例的表格图示。 [0031] 多层膜的可金属化层的经处理表面可以经由施用金属的薄层来金属化。经处理表面可以通过真空沉积或任何其它金属化技术(如电镀或溅镀)来金属化。在一个实施例中， 金属是铝或能够真空沉积、电镀或溅镀的任何其它金属，例如金、锌、铜或银。虽然不是必需的，但施用金属层以根据标准程序具有1.5到5.0的光密度(OD)。 [0032] 多层膜的氧化物层的经处理表面可以经由施用一种或多种氧化物或其组合的一个或多个薄层来真空涂布。经处理表面可以通过真空沉积或任何其它金属化技术(如电镀 或溅镀)来涂布。在一个实施例中，氧化物基于铝或能够真空沉积、电镀或溅镀的任何其它元素，例如硅。 [0033] 在各种实施例中，所公开的方法、系统以及设备提供具有至少三个层的涂布的柔性BOPP、BOPET或BOPA膜，所述至少三个层包括PP、PET或PA的核心层。进一步包括密封层，其具有水基乙烯-酰亚胺、氨基甲酸酯聚合物或EAA聚合物的至少一个底漆层，其中前述中的 任一个也任选地包括一种或多种弹性体和/或一种或多种塑性体，并且至少一个密封层包 含离聚物(例如钾、钠或锌)、弹性体、塑性体、EVA、MAPP和或其掺合物。更进一步，可以任选地包括在密封层下面或与其相对的至少一个金属层。又进一步，可以任选地包括至少一个 可印刷水基涂层，其粘着于密封层的相对面，任选地将金属层包夹在核心层与可印刷涂层 之间，其中可印刷涂层包含水基乙烯-酰亚胺、EAA或氨基甲酸酯聚合物的至少一个底漆层，并且至少一个印刷层包含丙烯酸类三元共聚物、PVDC、SAC或其掺合物。 [0034] 乙烯-酰亚胺氨基甲酸酯聚合物底漆或EAA聚合物的涂层重量可以在0.050g/m2或0.10g/m2到0.20g/m2或0.50g/m2范围内。 [0035] 任选的一个或多个金属层在密封涂层、可印刷涂层或两个涂层的任一侧或两侧上经过氧化处理。 [0036] 可印刷涂层可以包含一种组成，在70wt％或75wt％到95wt％或100wt％范围内的水基丙烯酸三元共聚物，如由MA-MAA-MMA组成的共聚物，其中每一种MA是丙烯酸甲酯，MAA是甲基丙烯酸，并且MMA是甲基丙烯酸甲酯。在其它实例实施例中，可印刷涂层包含在 70wt％或75wt％到95wt％或100wt％范围内的水基PVDC。可印刷涂层也可以包含在1wt％或 4wt％到8wt％或10wt％范围内的蜡，所述蜡可以是棕榈蜡、褐煤蜡、蜂乳液、微晶、PE、费舍尔-托普希(Fisher-Tropsch)、酰胺或其混合物，并且包含0.01wt％或0.05wt％或0.10wt％到0.20wt％或0.30wt％或0.50wt％的平均粒度是0.10μm到20μm或50μm的固体粒子；其中剩余部分是由MA-MAA-MMA组成的水基丙烯酸三元共聚物或PVDC聚合物，组合量多达95wt％并 且不少于70wt％。可以调节蜡和固体粒子的含量，使得金属上的动摩擦系数(“COF”)和静摩擦系数小于0.80或0.60或0.50或0.40或0.30。 [0037] 所公开的膜在密封层上可以具有极低温度密封涂层。 [0038] 食品袋或其它类型的包装可以由所公开的膜形成，并且此外，膜的任选被包括的金属侧可以面向或背离其中所含有的食品。 [0039] 一种用于形成所公开的膜的方法可以包括共挤出至少核心层，并且任选地使核心层的至少一侧金属化，其中一个或多个金属层中的至少一个在密封层下面或与其相对以形 成柔性膜。所述方法可以包括通过氧化处理来处理金属层。此外，所述方法可以包括将底漆直接或间接施用到核心层的至少一侧，其中直接间接取决于是否也存在金属和/或粘结层。 更进一步，所述方法可以包括将密封涂层施用于施用到涂层的底漆上。另一底漆可以施用 到核心层的另一侧或一个或多个金属和/或粘结层的顶部上。又进一步，所述方法可以包括将可印刷涂层施用于这个段落中所论述的后一底漆上，以便形成涂布柔性膜。 [0040] 针对施用柔性膜的底漆和印刷涂层，密封层的极低温度密封涂层的涂层，所述方法可以包括同时、在之前或随后施用。 [0041] 所述方法还可以包括在施用可印刷涂层之前干燥或不干燥底漆。可印刷层可以在卷绕和/或切割所公开的膜之前干燥。 [0042] 所述方法可以包括在VFFS或HFFS或小袋机器中解开所公开的膜，并且通过其进料以便形成袋子，所述袋子可以或可以最终含有食品，其中所公开的膜的任选的金属或氧化 物侧面向或背离其中所含有或待含有的食品。 [0043] 图3-图15展示关于本文中膜(即，“所公开的膜”)的所公开的方法、设备以及组成而获得的实验结果。针对透明和白色型式，7.0gm-2弹性体具有12％乙烯的BOPP核心层提供突出的密封强度/热粘性。60℃下450gin-1提供极宽的热粘性范围。相较于使用具有9％乙烯的弹性体，通过使用具有12％乙烯的弹性体，密封性能更高。 [0044] 对于透明或白色，具有2.2gm-2钾离聚物的BOPP核心层证实以下情况：在60gin-1弹簧(spring)下热粘性范围突出；对于透明，金属上的摩擦系数是0.4，并且对于白色是0.5；在小于10gin-1下丙烯酸树脂、PVDC以及硝化纤维素油墨上的粘连值极低；以及Skye测试下的密封完整性突出，即，透明是75并且白色不透明是15。 [0045] 对于透明或白色，具有4.8gm-2钾离聚物的BOPP核心层证实在70℃下透明的密封强度性能突出。 [0046] 相对于极低温度密封涂层，来自 BLUEWAVETM技术的特定涂层证实更低的最小密封温度(“MST”)。举例来说，取决于涂层重量，在70℃下密封强度在200与300gin-1之间。 [0047] 含有塑性体并且涂布有2.5gm-2钾离聚物或具有12％乙烯的塑性体 的基底膜尤其在MST方面展示强有力的改良。举例来说，相较于具有塑性体的未涂布膜的100℃M ST，具有塑性体的涂布膜的MST针对300gin-1是75℃。从而证实了核心层与密封层对密封性能的协同作用，即，相对于不含有一种或多种弹性体的基底膜，针对相同的密封水平涂层重量更低。 [0048] 在所有情况下，针对大于或等于120℃的温度，密封强度赫然较大(例如>1kgin-1)。 [0049] 在高压密封中马来酸官能化的PP表现得不好，但这种膜组成具有突出的热粘性和密封完整性。 |
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