專利名稱:丙烯型密封組合物及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種包含乙烯和丙烯酸烷基酯的共聚物及丙烯和α-烯烴的共聚物的密封組合物。本發(fā)明還涉及帶有包含這種組合物的密封層的多層薄膜和包裝品。
背景技術(shù):
在包裝工業(yè)中,通常將產(chǎn)品包裝在塑料薄膜或硬塑料包裝中,然后進(jìn)行熱封。構(gòu)成包裝的薄膜通常包括基材層和密封層。密封層是薄膜的最頂層并且直接與被包裝物品接觸。密封必須具有在儲(chǔ)存和運(yùn)輸期間足以保持緊密密封性能的機(jī)械阻力。這種密封強(qiáng)度通常是以牛頓每15毫米(N/15mm)測(cè)量的,并對(duì)應(yīng)于打開15mm寬密封薄膜所必須的力。通常,在密封溫度達(dá)到不破壞薄膜就不能打開密封的溫度之前,密封強(qiáng)度隨密封溫度而升高。
但是,在工業(yè)上,要求這些包裝薄膜適用于高速機(jī)器包裝。在這一點(diǎn)上,提供可以在較低溫度進(jìn)行密封的密封層以允許包裝機(jī)器的包裝線以較高速度運(yùn)行是有用的。在某些應(yīng)用中將允許足夠密封強(qiáng)度(該足夠的強(qiáng)度例如可以設(shè)置為1N/15mm)的最低溫度稱作密封起始溫度(SIT)。因此,提供具有較低熱密封起始溫度的密封層將是有用的。
另外,據(jù)觀察,在熱密封階段之后,包裝的密封強(qiáng)度隨著冷卻而升高。通常,在幾毫秒之后即獲得很高百分比的最終密封強(qiáng)度。但是,由于在包裝線上使用的是高速機(jī)器,因此在熱密封階段之后馬上達(dá)到適當(dāng)?shù)拿芊鈴?qiáng)度是必須的,以便在冷卻之前,包裝不會(huì)在包裝線上脫層。這一性能被稱作熱粘性。因此,提供具有良好熱粘性的密封層將是有用的。
US 5,272,210描述了一種由丙烯-乙烯共聚物和乙烯-丙烯酸烷基酯共聚物的混合物制成的薄膜,在該化合物中含有最少量的丙烯酸烷基酯,顯示了良好的RF密封性能。
但是,仍然需要具有較低熱密封起始溫度、良好的熱密封強(qiáng)度和良好的熱粘性的用于包裝膜的密封層。
發(fā)明概述現(xiàn)在,已經(jīng)令人驚訝地發(fā)現(xiàn),含有特定量的一種特殊單體的兩種特殊類型的聚合物的結(jié)合得到一種在熱密封強(qiáng)度、密封起始溫度和熱粘性方面具有優(yōu)異性能的密封組合物。
本發(fā)明的第一方面為密封組合物,包括i)至少一種丙烯和α-烯烴的共聚物,和ii)至少一種乙烯和丙烯酸烷基酯的共聚物,其中相對(duì)于密封組合物的重量,丙烯酸烷基酯以約1wt%-少于9wt%的量存在。
本發(fā)明的另一方面為多層薄膜,其包括至少一個(gè)基材層和至少一個(gè)含有上述密封組合物的密封層。
本發(fā)明的另一方面為包含上述密封組合物或薄膜的包裝。
本發(fā)明的密封組合物具有顯著降低的熱封起始溫度。本發(fā)明的薄膜顯示出低密封起始溫度,這意謂著由這種薄膜制成的包裝可在比以前低的溫度下密封。這在每一步驟都必須快速進(jìn)行的工業(yè)加工中尤其重要。通過(guò)降低密封起始溫度,包裝線上的循環(huán)時(shí)間可以得到改進(jìn)。當(dāng)包裝熱敏產(chǎn)品如巧克力時(shí),降低密封起始溫度也是非常重要的。
使用本發(fā)明的密封組合物,可以制備具有良好密封強(qiáng)度的薄膜,特別地,如以下實(shí)施例中所述,薄膜的密封強(qiáng)度超過(guò)5N/15mm。
本發(fā)明的薄膜還顯示出良好的熱粘性,允許進(jìn)行高速機(jī)器包裝。
本發(fā)明的薄膜可用于食品包裝,如谷類食品、巧克力、肉、湯的包裝。
發(fā)明詳述本發(fā)明的密封組合物包括至少一種丙烯和α-烯烴的共聚物。丙烯和α-烯烴的共聚物在本申請(qǐng)中是指丙烯和一種選自α-烯烴的單體的共聚物,或丙烯和兩種不同的選自α-烯烴的單體的三元共聚物。適合的α-烯烴包括乙烯和丁烯。
根據(jù)ASTM D 3418由DSC(差示掃描量熱法)測(cè)定的丙烯和α-烯烴共聚物的熔點(diǎn)優(yōu)選低于155℃。優(yōu)選的共聚物包括丙烯和乙烯的無(wú)規(guī)共聚物及丙烯、乙烯和丁烯的三元共聚物。
這種共聚物是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。適用于本發(fā)明的丙烯和乙烯的無(wú)規(guī)共聚物是以商標(biāo)“Moplen RP 210 M”從Basell或以“RE 239CF”從Borealis商購(gòu)的產(chǎn)品。適宜的乙烯、丙烯和丁烯的三元共聚物是以商標(biāo)“Adsyl 5C 39F”從Basell商購(gòu)的產(chǎn)品。
相對(duì)于密封組合物的重量,丙烯和α-烯烴的共聚物優(yōu)選以約60wt%-約99wt%的量存在于密封組合物中。
密封組合物還包括至少一種乙烯和丙烯酸烷基酯的共聚物。
相對(duì)于共聚物的重量,用于本發(fā)明的乙烯和丙烯酸烷基酯的共聚物優(yōu)選包括約1wt%-約40wt%,更優(yōu)選約10wt%-30wt%的丙烯酸烷基酯單體。適用于本發(fā)明的丙烯酸烷基酯包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯。優(yōu)選的丙烯酸烷基酯為丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯。
這類產(chǎn)品是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。適用于本發(fā)明的乙烯和丙烯酸烷基酯的合適共聚物是以商標(biāo)ElvaloyAC從E.I.du Pont de Nemoursand Company,Delaware商購(gòu)的產(chǎn)品。
乙烯和丙烯酸烷基酯的共聚物在密封組合物中的存在量為使單體丙烯酸烷基酯在密封組合物中的存在量相對(duì)于密封組合物在約1wt%-少于9wt%的范圍內(nèi);更優(yōu)選單體丙烯酸烷基酯的量在約1wt%-約6wt%的范圍內(nèi)。已經(jīng)觀察到,當(dāng)單體丙烯酸烷基酯的量相對(duì)于密封組合物的總重量為9wt%或更高時(shí),組合物的密封強(qiáng)度顯著下降至不適于不漏包裝的值。
密封組合物可包括添加劑,添加劑包括增滑劑、防結(jié)塊劑和/或其混合物。相對(duì)于密封層的總重量,這種添加劑可以約0.1wt%-約1wt%的量存在于密封組合物中。
密封組合物可通過(guò)擠壓方法制備,例如采用下列方式通過(guò)在粒料形式下簡(jiǎn)單混合各組分制備共混物,像鹽和胡椒粉共混物一樣。然后將該共混物在擠壓機(jī)中進(jìn)行配混并造粒?;蛘?,也可以不經(jīng)配混而將粒料共混物加入到薄膜加工擠壓機(jī)中。
本發(fā)明的密封組合物可用作多層薄膜的密封層。密封層的厚度通常為約1-約100微米,優(yōu)選為約2-約10微米。這種多層薄膜包括至少一層基材層。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中,基材層包括至少一種丙烯型聚合物。該聚合物可以是丙烯與一種或多種共聚單體的均聚物或共聚物及其混合物。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中,丙烯型聚合物為丙烯均聚物。
這種聚合物是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。適用于本發(fā)明的丙烯型聚合物是以商標(biāo)“Moplen X 30S”從Basell商購(gòu)的產(chǎn)品。
基材層可包括通常的添加劑,添加劑包括穩(wěn)定劑、抗氧化劑、抗靜電劑、染料或顏料、填料、加工助劑,例如脫模劑、和/或其混合物。這些添加劑可以以相對(duì)于基材層重量最多小于約20wt%的量存在于基材層中。
基材層的厚度一般為約10-約1000微米,優(yōu)選為約15-約35微米。
本發(fā)明的多層薄膜還可包括另外的層,例如粘結(jié)層(tie layer)或阻擋層。適宜的粘結(jié)層為包括聚丙烯型粘合劑的層。適宜的阻擋層為基于聚酰胺或乙烯乙烯醇的層。
本發(fā)明的多層薄膜可以通過(guò)流延薄膜共擠壓、流延片材共擠壓、吹塑薄膜共擠壓或通過(guò)層壓制備。流延薄膜和吹塑薄膜可以進(jìn)行雙軸取向。
本發(fā)明的密封組合物還可用作帶蓋包裝中的密封層。例如,可將密封層層壓在雙軸取向的聚酯或雙軸取向的聚丙烯蓋上或鋁蓋上。
本發(fā)明的包裝可根據(jù)由薄膜制備這類包裝的經(jīng)典方法進(jìn)行制備。
在下面的實(shí)施例中將進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例成分描述用于下列實(shí)施例的材料如下,通過(guò)各自的商標(biāo)和商品名稱表示PP1丙烯和乙烯的無(wú)規(guī)共聚物,根據(jù)ASTM D 3418測(cè)定的熔點(diǎn)為148℃,以商標(biāo)Moplen@RP 210M從Basell購(gòu)得PP2丙烯和乙烯的無(wú)規(guī)共聚物,根據(jù)ASTM D 3418測(cè)定的熔點(diǎn)為140℃,以商標(biāo)RE@239 CF從Borealis購(gòu)得PP3丙烯、乙烯和丁烯的三元共聚物,根據(jù)ASTM D 3418測(cè)定的熔點(diǎn)為139℃,以商標(biāo)Adsyll5C 39F從Basell購(gòu)得EBA1乙烯和27%丙烯酸丁酯的共聚物,從E.I.du Pont deNemours and Company以商標(biāo)ElvaloyAC 3427購(gòu)得,熔體指數(shù)為4。
EBA2乙烯和17%丙烯酸丁酯的共聚物,從E.I.du Pont deNemours and Company以商標(biāo)ElvaloyAC 3717購(gòu)得,熔體指數(shù)為7。
EBA3乙烯和17%丙烯酸丁酯的共聚物,從E.I.du Pont deNemours and Company以商標(biāo)ElvaloyAC 3217購(gòu)得,熔體指數(shù)為2。
EMA1乙烯和20%丙烯酸甲酯的共聚物,從E.I.du Pont deNemours and Company以商標(biāo)ElvaloyAC 1820購(gòu)得,熔體指數(shù)為8。
EMA2乙烯和24%丙烯酸甲酯的共聚物,從E.I.du Pont deNemours and Company以商標(biāo)ElvaloyAC 1224購(gòu)得,熔體指數(shù)為2。
上述EBA和EMA化合物的熔體指數(shù)(MI)是根據(jù)ASTM D 1238@190℃/2.16kg測(cè)定的。
制備下列用于密封層的組合物(下表I和II所列的1-23)。所有的量均以相對(duì)于密封層的總重量以重量份給出。
表I
表II
不包括任何乙烯和丙烯酸烷基酯共聚物的組合物1和2為對(duì)比組合物。包含9%以上丙烯酸丁酯的組合物19也是對(duì)比組合物。組合物3-18和20-23是根據(jù)本發(fā)明的組合物。
對(duì)于以上所列每一種組合物,制備具有下列結(jié)構(gòu)的薄膜-密封層10微米/基材層25微米/密封層10微米其中密封層由組合物制成,而基材層由以商品名Moplen X30S從Basell購(gòu)得的100%的丙烯均聚物制成。
每一種薄膜均通過(guò)在來(lái)自David Standard的流延薄膜試驗(yàn)線上共擠壓而制備?;膶邮峭ㄟ^(guò)將丙烯Moplen的均聚物引入到擠壓機(jī)A(2.5”直徑)中而制備的。密封層是通過(guò)在混凝土混合機(jī)中于約5分鐘內(nèi)共混不同組分的粒料而制備的。將如此制備的共混物加入到擠壓機(jī)B(4.5”直徑)和擠壓機(jī)C(2.5”直徑)的料斗中。三個(gè)擠壓機(jī)相連成為一個(gè)進(jìn)料件(feed bloc),T型槽模的寬度為800mm。所有擠壓機(jī)的進(jìn)料區(qū)至計(jì)量區(qū)的溫度設(shè)定為180℃、200℃、220℃、230℃和240℃。連接管、進(jìn)料件和模頭的溫度設(shè)定為240℃。使熔融簾流冷卻并在用12℃的水冷卻的流延輥上固化。以10m/min生產(chǎn)薄膜并在切去邊緣后卷起。
樣品制備如下所述制備樣品在機(jī)器方向從制備的流延薄膜上切下寬15mm的樣條。在上面帶有加熱棒、下面帶有撓性棒的Sentinel Heat SealerPackaging Industry 1671上對(duì)樣品進(jìn)行熱封。每個(gè)樣品本身在2.5巴壓力下密封,停留時(shí)間為0.6秒。為了避免聚合物粘結(jié)到加熱棒上,用12μm的聚酯薄膜(以商品名Mylar從E.I.du Pont de Nemours andCompany購(gòu)得)覆蓋每一個(gè)樣品。
試驗(yàn)
熱封強(qiáng)度試驗(yàn)將已制備的密封樣品在23℃和50%的相對(duì)濕度下處理24h后,測(cè)定其強(qiáng)度。密封強(qiáng)度是在Zwick Z 2.5拉伸試驗(yàn)機(jī)上以設(shè)定為100mm/min的拉伸速率進(jìn)行測(cè)定的。
給出的值以N/15mm為單位,并且是至少三次測(cè)量的平均值。
密封起始溫度(SIT)密封起始溫度(SIT)是測(cè)定的密封強(qiáng)度為1N/15mm時(shí)的溫度。對(duì)組合物測(cè)定的SIT見下表
將組合物3-5、15和20與組合物1進(jìn)行比較。將組合物9-11與組合物2進(jìn)行比較。通過(guò)加入乙烯和丙烯酸丁酯的共聚物或乙烯和丙烯酸甲酯的共聚物,密封起始溫度顯著下降。
最大密封強(qiáng)度(MSS)最大密封強(qiáng)度(MSS)是在密封溫度最高達(dá)到160℃時(shí)測(cè)定的給定薄膜的最高強(qiáng)度值。對(duì)組合物測(cè)定的最大密封強(qiáng)度(MSS,以N/15mm為單位)見下表
從該表可見,根據(jù)本發(fā)明的組合物的最大密封強(qiáng)度非常好。在任何情況下均大于或等于5N/15mm。相反,包括9wt%以上丙烯酸丁酯的組合物19顯示出的最大密封強(qiáng)度值僅為2N/15mm。這樣的最大密封強(qiáng)度不能提供不漏包裝。最大密封強(qiáng)度為2N/15mm時(shí),在運(yùn)輸期間包裝就可能裂開。
熱粘性使用來(lái)自瑞典Packforsk的52B SN 012型DCT熱粘性試驗(yàn)機(jī)測(cè)定組合物12和包含100%PP2的組合物(對(duì)比組合物24)的熱粘性。從各自的薄膜上切下15mm寬的樣條并將其放入測(cè)試設(shè)備中。使用兩個(gè)加熱棒在3巴壓力下停留0.5秒密封樣條。該密封步驟0.2秒后,在ZwickZ2.5拉伸試驗(yàn)機(jī)上以150mm/min的拉伸速率測(cè)定該溫?zé)崦芊獾拿芊鈴?qiáng)度。測(cè)定的最大熱粘性值見下表
從這些數(shù)據(jù)可見,在含有丙烯和乙烯共聚物的組合物中引入乙烯和丙烯酸丁酯的共聚物,使最大熱粘性提高約26%。
權(quán)利要求
1.一種密封組合物,其包括-i) 至少一種丙烯和α-烯烴的共聚物,和-ii)至少一種乙烯和丙烯酸烷基酯的共聚物,其中相對(duì)于密封組合物的重量,丙烯酸烷基酯以約1wt%-少于9wt%的量存在。
2.權(quán)利要求1的組合物,其中相對(duì)于密封組合物的重量,丙烯酸烷基酯以約1wt%-約6wt%的量存在。
3.權(quán)利要求1的組合物,其中丙烯酸烷基酯選自丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯。
4.權(quán)利要求1的組合物,其中根據(jù)ASTM D 3418測(cè)定的丙烯和α-烯烴的共聚物的熔點(diǎn)低于155℃。
5.權(quán)利要求1的組合物,其中丙烯和α-烯烴的共聚物選自丙烯和乙烯的無(wú)規(guī)共聚物及丙烯、乙烯和丁烯的三元共聚物。
6.一種多層薄膜,其包括至少一層基材層和至少一層包含權(quán)利要求1的密封組合物的密封層。
7.一種包含權(quán)利要求1的密封組合物的包裝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種密封組合物,其包括i)至少一種丙烯和α-烯烴的共聚物,和ii)至少一種乙烯和丙烯酸烷基酯的共聚物,其中相對(duì)于密封組合物的重量,丙烯酸烷基酯以約1wt%-少于9wt%的量存在。本發(fā)明還涉及包含這種組合物的多層薄膜或包裝。
文檔編號(hào)B65D65/40GK1653130SQ03810324
公開日2005年8月10日 申請(qǐng)日期2003年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月6日
發(fā)明者Y·M·特羅伊爾赫特, B·里歐克斯, J·安德雷, S·蘭德克 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司