用于產(chǎn)生超聲波密封件的方法以及具有所述超聲波密封件的膜結(jié)構(gòu)和柔性容器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是針對用于產(chǎn)生具有超聲波密封件的超聲波可密封的膜結(jié)構(gòu)和柔性容器 的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 相比于常規(guī)熱密封，在柔性包裝中采用超聲波密封提供例如W下能力的性能優(yōu) 勢：（i)防污染密封，（ii)形成更窄的密封區(qū)域，W及(iii)在更高的線速度下并且在更低的 溫度環(huán)境下形成密封件。適用于超聲波焊接的包裝系統(tǒng)包括垂直或水平成型填充密封。盡 管存在運(yùn)些益處，但是超聲波密封具有顯著的缺點(diǎn)。由于焊頭與化座之間的接觸幾何和振 蕩變形，所W超聲波密封常常導(dǎo)致顯著的材料流出并且聚合物被擠出遠(yuǎn)離密封區(qū)域。超聲 波密封的運(yùn)種"擠出"現(xiàn)象會引起破壞，并且最終毀壞所形成的超聲波密封件中的層狀結(jié) 構(gòu)。當(dāng)進(jìn)行超聲波密封時，層壓步驟，即焊頭與化座(例如在角撐板和權(quán)皺W及橫截面罐形 密封件中）之間的材料的厚度改變的步驟，特別容易遭到破壞。在運(yùn)些區(qū)域中的有缺陷的密 封降低了密封強(qiáng)度(如通過剝離測試所測量），會破壞密封區(qū)域中的層壓結(jié)構(gòu)，并且形成通 道泄漏部，導(dǎo)致含侶或阻擋聚合物的薄層的包裝層壓結(jié)構(gòu)的阻擋特性丟失，所述阻擋聚合 物例如乙締-乙締醇共聚物化νΟΗ)。
[0003] 所提出的用于緩解上述問題的方法包括（i)優(yōu)化接觸幾何，尤其是能量導(dǎo)引器;和 (i i)控制密封期間的焊頭位移，運(yùn)兩者都受到了限制。
[0004] 謹(jǐn)慎地選擇多層結(jié)構(gòu)的聚合物和優(yōu)化提供了用于緩解W上問題的替代途徑。因此 需要鑒別可W進(jìn)行超聲波密封并且提供與通過常規(guī)熱密封可達(dá)到的密封強(qiáng)度相當(dāng)?shù)拿芊?強(qiáng)度的聚合物和結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步存在對增加超聲波密封強(qiáng)度的超聲波密封方法的需要。還存 在對克服了接觸幾何優(yōu)化或密封力位移調(diào)整的缺點(diǎn)的加強(qiáng)型超聲波密封件的需要。進(jìn)一步 存在對滿足柔性容器的更多面使用的需求的經(jīng)過改良的超聲波可密封膜的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是針對一種用于產(chǎn)生超聲波密封件的方法，W及含有所述超聲波密封件的 膜結(jié)構(gòu)和柔性容器。本發(fā)明方法包括基于除了接觸幾何優(yōu)化和密封力調(diào)整之外影響超聲波 密封區(qū)域中的材料流動的四個因素，選擇用于超聲波密封的聚合物。另外，所述方法包括調(diào) 整膜組成和結(jié)構(gòu)，W便進(jìn)一步改良超聲波密封強(qiáng)度。
[0006] 本發(fā)明提供一種用于產(chǎn)生超聲波密封件的方法。所述超聲波密封件形成于兩個聚 合物膜之間。所述方法包括制備多層膜，所述多層膜具有背層和密封層。密封層包括超聲波 可密封的締控基聚合物化SOP) dUSOP基于W下特性加 W選擇：
[0007] (a)烙融熱Δ血小于130J/g，
[000引（b)峰值烙融溫度化小于125°C，
[0009] (C)剪切儲能模量(G')為50M化到500MPa，W及
[0010] (d)剪切損耗模量(G")大于lOMPa。
[0011] 所述方法包括使第一多層膜的密封層與第二多層膜的密封層接觸，形成密封區(qū) 域。所述方法包括使密封區(qū)域經(jīng)歷超聲波能量。所述方法包括在兩個密封層之間形成超聲 波密封件，所述超聲波密封件具有30N/mm到80N/mm的密封強(qiáng)度。
[0012] 本發(fā)明提供一種膜結(jié)構(gòu)。所述膜結(jié)構(gòu)包括第一多層膜和第二多層膜。每一個多層 膜包括背層和密封層。每一個密封層包括具有W下特性的超聲波可密封的締控基聚合物 化SOP):
[0013] (a)烙融熱Δ血小于130J/g，
[0014] (b)峰值烙融溫度Tm小于125°C，
[001引 （C)剪切儲能模量(G')為50MPa到500MPa，W及
[0016] (d)剪切損耗模量(G")大于lOMPa。
[0017] 所述多層膜被安排成使得第一多層膜的密封層與第二多層膜的密封層接觸。當(dāng)在 4N/mm密封力下進(jìn)行超聲波密封時，所述密封層形成密封強(qiáng)度為30N/15mm到80N/15mm的超 聲波密封件。
[0018] 本發(fā)明提供一種柔性容器。所述柔性容器包括第一多層膜和第二多層膜。每一個 多層膜包括背層和密封層。密封層包括具有W下特性的超聲波可密封的締控基聚合物 化SOP):
[0019] (a)烙融熱Δ血小于130J/g，
[0020] (b)峰值烙融溫度Tm小于125°C，
[0021] (C)剪切儲能模量(G')為50M化到500MPa，W及
[0022] (d)剪切損耗模量(G")大于lOMPa。
[0023] 所述多層膜被安排成使得每一個多層膜的密封層彼此接觸并且第二多層膜疊加 在第一多層膜上，形成共同的外圍邊緣。所述柔性容器包括2折疊區(qū)域和4折疊區(qū)域。當(dāng)在 4N/mm密封力下對2折疊區(qū)域和4折疊區(qū)域進(jìn)行超聲波密封時，所述區(qū)域各自形成密封強(qiáng)度 為30N/15mm到80N/15mm的超聲波密封件。
【附圖說明】
[0024] 圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的護(hù)對比G"的標(biāo)繪圖的圖。
[0025] 圖2A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有平坦超聲波密封幾何的柔性容器的示意性圖示。
[0026] 圖2B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有平坦密封幾何的超聲波密封的示意性圖示。
[0027] 圖3A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有2折疊區(qū)域和4折疊區(qū)域的柔性容器的示意性圖 /J、- 〇
[0028] 圖3B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有2折疊/4折疊密封幾何的2折疊區(qū)域和4折疊區(qū)域 的超聲波密封的示意性圖示。
[0029] 圖4示出了關(guān)于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲波密封膜結(jié)構(gòu)，超聲波密封強(qiáng)度對比密 封力的圖。
[0030] 圖5示出了關(guān)于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲波密封膜結(jié)構(gòu)，超聲波密封強(qiáng)度對比密 封力的圖。
[0031] 圖6示出了關(guān)于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲波密封膜結(jié)構(gòu)，超聲波密封強(qiáng)度對比密 封力的圖。
[0032] 圖7示出了關(guān)于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲波密封膜結(jié)構(gòu)，超聲波密封強(qiáng)度對比密 封力的圖。
[0033] 圖8示出了關(guān)于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超聲波密封膜結(jié)構(gòu)，超聲波密封強(qiáng)度對比密 封力的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 本發(fā)明提供一種用于產(chǎn)生超聲波密封件的方法。所述超聲波密封件形成于兩個聚 合物膜之間。所述方法包括制備多層膜，所述多層膜具有背層和密封層。密封層包括超聲波 可密封的締控基聚合物化SOP) dUSOP基于W下特性加 W選擇：
[00；35] (a)烙融熱Δ血小于130J/g，
[0036] (b)峰值烙融溫度Tm小于125°C，
[0037] (C)剪切儲能模量(G')為50M化到500MPa，W及
[0038] (d)剪切損耗模量(G")大于lOMPa。
[0039] 所述方法包括使第一多層膜的密封層與第二多層膜的密封層接觸，形成密封區(qū) 域。所述方法包括使密封區(qū)域經(jīng)歷超聲波能量。所述方法包括在兩個密封層之間形成超聲 波密封件，所述超聲波密封件具有30N/mm到80N/mm的密封強(qiáng)度。
[0040] 本發(fā)明方法利用超聲波密封裝置，從而在兩個聚合物膜之間產(chǎn)生超聲波密封件。 超聲波密封裝置包括W下組件。
[0041] (1)化座，其中放置膜W在壓力下接觸?；试S將高頻振動導(dǎo)引到密封區(qū)域中的 膜?；ń佑|所述膜中的一個的能量導(dǎo)引器。
[0042] (2)超聲波堆疊包括(a)轉(zhuǎn)換器(將電信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動）、（b)變幅桿(修改振動 的振幅及（C)焊頭（將機(jī)械振動施加到要焊接或密封的零件）。焊頭也稱為超聲波發(fā)生 器。將超聲波堆疊的所有Ξ個元件調(diào)整到在相同的超聲波頻率(通常是從15kHz、20kHz、 30曲Z、35曲Z到40曲Z或70曲Z)下共振。
[0043] 使聚合物膜經(jīng)歷超聲波能量，由于振動能量的吸收而引起塑料的局部烙融?？缭?要焊接的接合點(diǎn)引入振動。
[0044] 超聲波密封不同于并且不包括熱密封。熱密封程序包括從打開位置移動到閉合位 置的熱金屬密封夾。在閉合位置時，在預(yù)定密封壓力和預(yù)定密封溫度下，熱金屬夾與膜的最 外層直接接觸一段時間（停留時間）。在停留時間期間，熱量穿過膜的最外層傳遞W烙融并 烙化相對的內(nèi)部密封層，形成熱密封件。一般來說，最外層的烙融溫度高于密封層。因此，在 密封層烙融形成密封件時，膜的最外層不烙融并且不會粘住或基本上不會粘住密封夾?？?W對密封夾條施加表面處理W進(jìn)一步降低對膜的粘性影響。密封夾再次打開后，將膜冷卻 到室溫。
[0045] 在熱密封中，相對的膜經(jīng)由界面處的材料相互擴(kuò)散而接合在一起，所述相互擴(kuò)散 通過從密封條到密封界面的傳導(dǎo)型熱流得到促進(jìn)，借此熱密封條的溫度和停留時間是關(guān)鍵 的自變量。在如聚乙締的半結(jié)晶聚合物密封劑的情況下，舉例來說，熱密封條溫度需要設(shè)定 成至少在對應(yīng)于密封劑的完全烙融的溫度下，W便形成強(qiáng)密封件。
[0046] 反之，在超聲波密封中，密封條(焊頭和化座對)通常是在環(huán)境溫度下，并且超聲波 產(chǎn)生和流動是因變量，它們受到接觸幾何、振動振幅和頻率、靜載荷w及材料選擇的控制。 實(shí)現(xiàn)界面處的完全烙融所必需的超聲波能量內(nèi)部產(chǎn)生于聚合物內(nèi)。關(guān)于指定頻率和接觸幾 何，影響超聲波密封件形成的過程變量是振蕩的振幅和通過焊頭施加的疊加的密封力。用 W促進(jìn)超聲波密封所需的高溫通過變形能部分耗散成超聲波而內(nèi)部產(chǎn)生，如受到聚合物的 粘彈性特征控制。所耗散的能量引起溫度增加，增加的程度取決于系統(tǒng)的超聲波能力。
[0047] 在常規(guī)超聲波焊接系統(tǒng)中，密封力將焊頭振蕩的振幅轉(zhuǎn)化為材料內(nèi)部的振蕩變形 并且無意中導(dǎo)致化座逐步滲透到密封區(qū)域中。從化座延伸到密封區(qū)域中的能量導(dǎo)引器的輪 廓和半球形形狀進(jìn)一步放大了密封區(qū)域中的應(yīng)力集中，進(jìn)一步惡化了過量材料圍繞化座流 動的問題。
[0048] 關(guān)于線形粘彈性方案中的振蕩變形，每單位體積(拉伸變形的每正弦周期)超聲波 產(chǎn)生的速率示出在方程式(I)中：
[0049] 每=π把臣.' (I)
[0050] 其中f是振蕩頻率，
[0化1] ε是變形振幅，并且 [0化2] Ε"是損耗模量。
[0053] 方程式(I)顯示，對于指定變形振幅和頻率來說，超