CN102791776A - 仿纸膜和其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种微孔膜，包括分子量至少约200,000的高密度聚乙烯、和平均粒径约1至约25微米的低纵横比填料。该膜的厚度约10至约75微米并且空隙率约0.60至约0.75。该微孔膜的制备方法包括将组合物挤出成具有厚度为约50至约300微米的膜，并使用高茎、吹塑膜方法取向该挤出膜。该方法产生了稳定的高茎，用于增加吹塑、高分子量聚乙烯的生产率，同时增加了该膜的物理和机械性能。通过在挤出膜的内和外表面上施用高速、低体积流率的空气可稳定该高茎。

Description

仿纸膜和其制备方法
技术领域
本发明涉及一种包含高密度聚乙烯和低纵横比、无机矿物填充材料的仿纸膜(paper-like film)和制造该膜的方法。特别是，本发明涉及一种微孔膜，其通过将组合物挤出通过环形模(circular die)，并且随后使用高茎（highstalk）、吹塑膜方法来取向该膜而制造。
背景技术
在本领域中包含聚乙烯和无机矿物填料的合成纸是已知的。例如，Liang的美国专利US 6,280,680据说提供了一种环境友好的包含56-80％的无机矿物粉末、43-18％聚乙烯、和1-2％添加剂的纸。该纸通过使用至少一挤出机和具有环形口模的成型模的方法来制备。
Cerisano的美国专利US 4,606,879公开了一种使用高茎、吹塑膜挤出方法制备的聚合物膜，据说提高了生产率和改进了膜的物理和机械性能。
在Bergevin等的WO94/06849中公开了通过拉伸矿物填充的聚合物组合物而制备的微孔膜。该膜据说具有似纸的不透明性、洁白性和可印刷性、并具有改进的弯曲刚度。
虽然上述仿纸膜在那些说明的性质中是有用的，还是继续需要相对于典型的现有方法获得的膜来说可高产量制备的薄的、仿纸膜。
发明内容
本发明涉及一种微孔膜，其包含，依重量计，i)大约20%至大约60%的具有至少约200,000分子量的高密度聚乙烯，和ii)约40%至大约80%的具有平均粒径从约1至约25微米的低纵横比的填料，其中低纵横比填料相对于聚乙烯的重量比至少为约0.7，所述膜具有约10至约75微米的厚度和约0.60至约0.75的空隙率。
本发明也涉及一种制备微孔膜的方法，包括：a)挤出组合物形成具有约50至约300微米厚度的膜，该组合物包含，依重量计，i)约20%至约60%的具有至少约200,000分子量的高密度聚乙烯，和ii)约40%至大约80%的具有平均粒径从约1至约25微米的低纵横比的填料，其中低纵横比填料相对于聚乙烯的重量比至少约0.7，和b)使用高茎、吹塑膜方法取向所述挤出膜，所得到的膜具有约10至约75微米的厚度和约0.60至约0.75的空隙率。
在一实施方案中，本发明涉及一种制备微孔膜的方法，包括：a)将组合物挤出成为逐渐前进的未膨胀的管状膜，该管状膜厚度为约50至约300微米并且在预定距离上沿纵轴设置的圆柱周围具有基本上均匀的第一直径，该组合物包含，依重量计，i)约20%至约60%的具有至少约200,000分子量的高密度聚乙烯，和ii)约40%至约80%的具有平均粒径从约1至约25微米的低纵横比填料，其中低纵横比填料相对于聚乙烯的重量比至少约0.7，b)在所述管状膜的外表面上施用第一气流，c)在所述圆柱和所述管状膜的内表面之间形成的环状区域内对所述管状膜的内表面上施用第二气流，d)在所述预定距离上控制在所述未膨胀管状膜上的所述第一和第二气流的速率和体积流率以便稳定所述管状膜，其通过阻止在所述圆柱周围所述管状膜的振动来实现，和e)邻近所述预定距离的界限(extent)在所述具有所述第一直径的管状膜的外表面上施用第三气流，以便稳定所述管状膜和将所述管状膜从所述第一直径膨胀到第二直径，所得到的膜具有约10至约75微米的厚度和约0.60至约0.75的空隙率。
附图说明
附图示意性的说明了用于制备本发明仿纸膜的设备和高茎、吹塑膜的方法。
发明详述
本发明涉及一种用于制备微孔、仿纸膜的高茎、吹塑膜挤出方法。通过参考下述详细说明可以更好的理解本发明的特点和优势，当结合附图时。
本发明膜包含，依重量计，约20%至约60%的，典型的是约30%至约55%的，更典型的是约40%至约50%的，具有至少约200,000分子量的高密度聚乙烯。术语聚乙烯是指乙烯的均聚物或由乙烯与至少一种其它烯烃单体形成的共聚物。高密度聚乙烯是指密度至少为约0.940g/cm3的聚乙烯，典型的是约0.940至约0.960g/cm3。高密度聚乙烯典型的具有至少约500,000的分子量，更典型的是至少约750,000，例如约1,000,000或1,500,000。高密度聚乙烯典型的具有分子量小于约3,000,000，更典型的是小于约2,000,000。在一个实施方案中，高密度聚乙烯具有小于0.2dg/min的熔融指数，典型的是约0.01至约0.15dg/min，更典型的是约0.02至约0.10dg/min，例如约0.02至约0.06dg/min。在此处所使用的熔融指数使用A.S.T.M.D-1238-90b程序测定，聚乙烯的密度使用A.S.T.M.D-1505-85程序测定。可使用高密度聚乙烯的混合物或共混物，有或没有其它聚合物材料，例如，中密度或低密度聚乙烯或聚丙烯。拉伸膜的最佳温度取决于所选定的具体的聚乙烯或聚乙烯共混物。当拉伸膜时，该膜的温度将低于结晶熔融点并高于画线温度（linedrawing temperature）。实践中，实际膜温通常不测量，如以后所论述的。
该膜还包括，依重量计，约40%至约80%的，典型的是约45%至约70%的，更典型的是约50%至约60%的，低纵横比填充材料。低纵横比填料相对于高密度聚乙烯的重量比至少约0.7，典型的是至少约0.8，更典型的是至少约0.9，例如，约1.0、1.2或1.5。术语“纵横比”指的是颗粒长度与颗粒厚度的比率。对于任何给定的填料，纵横比是通过在显微镜检查来测定有代表性数量的颗粒而得到的平均值。长度就是最长的尺寸，通过颗粒的质量中心测定。一旦长度已知，就有可能在其它两个彼此垂直并垂至于长度的方向上测量颗粒尺寸。这两个尺寸是指颗粒的宽度和厚度，当它们不相等时厚度是两个中较小的。一般来说，此处的低纵横比填料具有小于大约3的纵横比，典型的是小于大约2，更加典型的是小于大约1.5。具有低纵横比的填料，即，趋于1.0的比率，尽管不规则，通常描述为球形、圆形、或立方形。适合的低纵横比填料选自碱金属和碱土金属碳酸盐、硫酸盐和磷酸盐，及它们的混合物。实例包括碳酸钙、碳酸钠、硫酸钡、硫酸钙、硫酸钠、磷酸钠、磷酸钾、和磷酸钙。在一个实施方案中，填料是碳酸钙。
填料的粒径影响膜的性质。理想的是填料不含有过度大尺寸的颗粒，否则在膜拉伸过程中可产生孔洞或其它缺陷。填料的最大粒径根据所需膜的厚度而定。A.S.T.M.的程序E2651-10，粉末粒径分析的标准指南(StandardGuide for Powder Particle Size Analysis)，可用于测定颗粒的尺寸。当制备厚膜时，可以容忍较大的颗粒。如果低纵横比填料的平均粒径过低，所得到的膜趋于具有较低的空隙率。
通常情况下，理想的是低纵横比填料具有的最大粒径小于约50微米。还理想的是至少99.9%重量的填料颗粒通过325美国筛目(标称44微米网孔)。此处的低纵横比填料具有约1至约25微米的平均粒径，典型的是约1至约20微米，更典型的是约1至约10微米。平均粒径的理想范围，基于当量球径(equivalent spherical diameter)，对于低纵横比填料来说为约1至约10微米，典型的是约3至约5微米。当量球径(ESD)，对具有与颗粒相同体积的假设球体计算的直径，如下计算：ESD=(6x颗粒体积/π)1/3。
虽然不受理论限制，相信本发明的膜具有有孔隙的结构，该孔隙在膜内部围绕或邻近低纵横比填料颗粒。低纵横比填料的最小尺寸影响在取向膜内的孔隙的形成。如果填料的粒径太小，孔隙将缺失或太小而不能给出实用的仿纸膜。如果填料的粒径太大，膜趋于在其中具有孔洞，由此破坏膜的完整性。对于较小粒径的低纵横比填料来说，理想的是在挤出聚合物-填料组合物之前，可添加至多约2%重量的C10-C24有机酸、或其混合物。特别是当使用碳酸钙时，有利的是向组合物添加至多约2%重量，例如1%重量的C10-C24有机酸(例如，椰子脂肪酸、棕榈酸、或动物脂肪酸)。
相对于没有微孔的膜来说，随着膜的不透明性和洁白性增加，膜中微孔的存在似乎将其自身显现。而且由于膜不再为均匀的固体结构，密度显著降低。当比较不同微孔程度的膜样品时，密度的降低可产生困难。这可被不具有光滑表面的膜进一步复杂化。出于这些原因，使用另外的测量来评估膜。
膜样品的密度通过测量长度、宽度和平均厚度，并确定其质量而确定。必须小心厚度测量时不要过分压缩样品。理想的是使用仅施加轻力的千分尺。聚乙烯和低纵横比填料组分复合(compounded)在一起后，可使用例如密度柱或其它合适的方法来测定该(复合)树脂的密度。膜样品的“空隙率”可从下列公式计算：空隙率=1–(膜密度/树脂密度)。需要注意的是以此种方式计算的空隙率考虑到内部孔隙和表面粗糙度的影响。本发明的膜具有的空隙率为约0.6至约0.75，典型的是约0.62至约0.72。具有如此高的空隙率，该膜具有相对低的密度，典型的是约0.40至约0.70g/cm3，更典型的是约0.45至约0.65g/cm3，例如约0.50至约0.60g/cm3。
“等效厚度”计算如下：等效厚度=厚度x(1-空隙率)。等效厚度是膜如果被压缩成光滑、均匀、固体层将具有的厚度的量度。除明确指出“等效厚度”外，术语厚度指的是膜的测量厚度而非等效厚度。
本发明的膜可制成比使用现有技术方法通常得到的膜更低的厚度，例如，低至约10微米，并且具有更高的产量，例如，高至约600lbs/hr。在不同的实施方案中，本发明提供一个或更多个如下有益之处：在标准生产速率下具有低密度和低尺寸(gauge)（厚度）的膜；在现有技术膜一半尺寸下具有相等抗拉强度的膜；在现有技术膜一半尺寸下具有相等的防潮层性能的膜；和与之前的现有方法相比以增加的生产率(through-put)（显著降低的lb/msi）制备的膜，例如，与现有技术的膜以0.209lb/msi的制备相比100微米厚度的膜以0.065lb/msi来制备，其在膜的制备中转化成显著的成本节省。
本发明的膜结合了塑料和纸两者的性质，特别是塑料的防潮层性、强度和伸长率和纸的撕裂性和触感。该膜典型的具有低可延展性和良好的弯曲刚度、模可切割性（die-cuttability）、不透明性、褶皱保持性(好的死褶)、和可印刷性。正因为如此，它们可作为纸的替代品并且取代现在用于柔性包装和广告标牌中的塑料膜和纸。该膜可用于柔性包装或化妆品包装袋，例如肥皂、尿布、和组织/湿巾、易腐和非易腐食品，例如以谷物、粮食(grain)为基础的食品和小吃。该膜可层压于纤维基的材料，例如纤维板、波纹片和箱类容器，并且提供防潮层性能和改善的印刷质量。该膜因此可取代包装中的箔衬里和用于食品和医药产品的单位化的泡泡包装的箔。
当暴露在紫外线下时本发明的膜是热降解和光降解的，并且无机填充材料以粉末状自然返回到泥土中，由此使得该膜更加可持续性并且是环境友好的。该膜减少了昂贵的聚合物树脂（从烃燃料中制得）的使用，支持较不昂贵的无机填充材料。相比较于纸张产品来说该膜的制备需要较少的能量并且不需要使用水。由于无机填充材料的传热性和高密度聚乙烯的低熔融指数，该膜的制备比多数塑料膜也需要较少的步骤和较少的能量。
对于某些应用来说，可使用该膜而无需进一步的处理。对于其它应用来说，可能需要的是包括本领域中通常使用的各种添加剂，例如偶联剂、润滑剂、分散剂、抗静电剂、抗氧剂、加工助剂、紫外线稳定剂等。在膜要被印刷时，可能需要电晕处理该取向膜。对于其它应用来说，例如，用于模内标签(in-mold label)的膜，可能需要电晕处理并且在膜上涂上抗静电剂。在涂上热封层后，由于它们包含了可回收的、高密度聚乙烯树脂，该膜特别是用于模内标签。相比于本发明的膜，热封层典型的是低熔点的聚烯烃材料。乙烯醋酸乙烯酯(EVA)共聚物是此种热封层的实例。
本发明的聚乙烯和低纵横比填充材料通常是先用已知的用于熔融混合热塑性聚合物的方法来复合。例如在一系列混合、挤出、和碾磨步骤（millingsteps）中，聚乙烯和低纵横比填充材料被复合成具有至少基本上均匀组成的球团或颗粒。在一个实施方案中，该材料被复合成具有约3-5mm的长度和直径的圆柱形球团。使用本领域中已知的方法和设备将该球团或颗粒进料至挤出机中、熔融并挤出成膜。挤出膜典型的具有约50至约300微米的厚度，更典型的是约200至约300微米。该膜随后被取向，典型的是双轴取向，使用本领域中已知的高茎、吹塑膜的方法和设备。所得到的膜典型的具有约10至约75微米的厚度，更典型的是约20至约50微米。
在一实施方案中，该膜按照美国专利4,606,879、Cerisano的描述进行取向，加入此处作为参考。Cerisano描述了一种吹塑膜挤出设备和方法，其用于在有距离间隔的串联风环(air rings)之间产生稳定的高茎，以增加吹塑聚合物的生产速率，同时改进该膜的物理和机械性能。用于成型该膜的设备由以下构成：用于沿延纵轴形成逐渐前进的管状膜的装置；在该膜的外部和内部设置的稳定装置，其通过在预定距离内控制在该膜的外和内表面上气流的施加，在预定距离上防止该膜在纵轴附近的振动；和膨胀装置，其设置靠近预定距离的边界用于在那里使膜膨胀。
在另一实施方案中，用于成型该膜的装置由以下构成：用于提供可流动状态的塑性材料的挤出机；设置在挤出机前用于形成沿纵轴逐渐前进的管状膜的模；邻近该模并在膜的外部设置的第一风环，该第一风环在该膜的外表面上供给第一气流；设置在该膜的内部并且从所述模沿纵轴延伸的圆柱，该圆柱和该膜的内表面限定了它们之间的用于接收第二气流的环形区域；用于控制第一和第二气流的控制装置，其通过防止该膜在圆柱附近的振动来经预定距离稳定该膜；和邻近所述预定距离的边界并在该膜的外部设置的第二风环，该第二风环在该膜的外表面上供给第三气流用于在那里使膜膨胀。
在另一实施方案中，形成该膜的方法包括以下步骤：沿纵轴形成逐渐前进的管状膜，通过在该膜的内和外表面上施加气流以防止该膜在纵轴附近振动从而经预定距离稳定该膜，和邻近该预定距离的边界使该膜膨胀。
在另一实施方案中，该方法包括以下步骤：在沿纵轴设置的圆柱周围挤出逐渐前进的管状膜，在该膜的外表面施加第一气流，在形成于圆柱和该膜的内表面之间的环状区域内在该膜的内表面上施加第二气流，在预定距离上控制第一和第二气流的速度和体积流率以便通过防止该膜在圆柱附近振动而稳定该膜，和在邻近该预定距离的边界的该膜的外表面上施加第三气流用于在那里使膜膨胀。
现在参考附图，其示出的高茎吹塑膜挤出设备通常使用参考数字100来表示。挤出设备100包括具有包含聚合物106（典型的是聚乙烯-填充材料的复合颗粒，或它们的混合物，任选的包括如下所述的添加剂）的供料漏斗104的挤出机102，该聚合物106通过该挤出设备吹塑成薄膜。在挤出机102中聚合物106被加热成熔融态并在高压下迫使其通过挤出模108。挤出模108是圆形并且具有使半熔融态的聚合物管状膜110逐渐前进通过的环状口。管状膜110的初始厚度由挤出模108的环状口的尺寸决定。第一风环112与挤出模108邻近设置并且围绕在管状膜110的外部。第一风环112是已知类型如防止在管状膜上进行膨胀的单唇风环。第一风环112通过导管116连接到风机114上。风机114和第一风环112之间设置的是控制阀118和温度控制单元120。控制阀118适于控制从风机114至第一风环112中的开口122的空气的速率和体积流率。构建开口122并且设置成在平行于管状膜110外表面的方向上以均一速率和均一比率排出连续的空气流。
圆柱芯棒124定位于挤出模108的中心的上面并且沿管状膜110的纵轴设置。芯棒124被构建成具有平滑不间断外表面，该外表面与管状膜110的内表面一起限定了具有0.125-1.4英寸范围的环状区域126，典型的是0.125-0.5英寸的范围，并且在一实施方案中，不到四分之一英寸。通道128设置在芯棒124的内部并且在吹塑膜132的内部区域130与设置在挤出模108下面的导管134之间进行相连。导管134连接到与周围大气相连的抽风机136上。控制阀138定位在抽风机136之前以便控制从吹塑膜132的内部区域130中撤出的空气的速率。任选的是，多个稳定导引件140定位于芯棒124的外部周围并膨胀进入环形区域126以便提供限制的通道142。导引件140设置在芯棒124周围的位置，在该位置处当与导引件接触时管状膜110通过其部分固化以达到足够的机械强度以便防止其破坏。为此，导引件140提供有光滑不间断外表面以便防止管状膜110被钩破。通过在那里锁定管状膜，导引件140使得管状膜110的稳定性增强，如下所述。
通过设置在挤出模108上的环形区域内的单独的环形喷嘴144在环形区域126内在管状膜110的内表面上供给空气。喷嘴144如此设置以便排出的空气以向上平行于管状膜110的内表面的方向流动。风机146通过导管148给喷嘴144供给空气。控制阀150和温度控制单元152位于导管148内在风机146和喷嘴144之间。控制阀150和温度控制单元152工作方式与第一风环112的控制阀118和温度控制单元120相同。通过控制阀150控制从风机146吹出的空气的速率和体积流率，通过温度控制单元152控制空气的温度。如上所述，可控制在管状膜110内和外表面上以平行方向流动的空气流的温度、速率和体积流率。
第二风环154与第一风环112串联地间隔设置。第二风环154设置在第一风环112上的预定距离处以便限定管状膜110的界限(extent)，由此管状膜被稳定。第二风环154可通过其所示的高度调节元件156的支持而上下调节。第二风环154的位置邻近该预定的距离，经该预定的距离管状膜110被稳定，以提供用于膜膨胀的位置。第二风环154是适于在管状膜110上实质执行膨胀工作以便形成吹塑膜132的双唇(dual lip)类型。第二风环154具有一对间隔开口158、160，对于开口158来说以高速和高体积流率排出空气，对于开口160来说以高速、低体积流率排出空气，以便在邻近管状膜110的外表面创造负压以执行所需的膨胀工作。通过连接到导管164上的风机162将空气供给至第二风环154。控制阀166和温度控制单元168设置在风机162和第二风环154之间的导管164内。控制阀166控制着沿管状膜110外表面由第二风环154排出的空气的速率和体积流率，同时温度控制单元168控制着排出空气的温度。由此，第一风环112适于稳定该管状膜110，同时第二风环154适于膨胀该管状膜以便形成吹塑膜132。尽管第一风环112对管状膜110进行适量的受控冷却，主要的冷却作用由第二风环154来执行。
挤出设备100在预定的距离上对管状膜110提供增加的稳定性，其通过在串联设置的第一风环112和第二风环154之间在管状膜的内表面和外表面两者上使用排出的高速、低体积流率的空气而实现。自然文丘里矢量力（venturi vector forces）保持外空气靠近管状膜110的外表面，同时芯棒124保持着在环形区域126内的低空气体积流率和足够高速，以防止管状膜在其纵轴附近振动。导引件140防止振动并且实际上使得与管状膜110的固化内表面温和的接触。第二风环154，特点是高强度的冷却装置，在所需的位置提供管状膜110强烈的冷却和膨胀，即，给管状膜提供根据本发明稳定的预定的茎高度(stalk hight)。高茎内的、高茎外的和在高强度冷却和膨胀区域(即第二风环154)的空气速率分开控制以便平衡和稳定该管状膜110和吹塑膜132。
挤出设备100适于从多种高分子量聚合物制备吹塑膜。在此种材料的膜的制备中，固体聚合物加入到供料漏斗104内，以便通过挤出机102以熔融态通过挤出模108挤出。通过在管状膜内和外表面上施加高速、低体积流率空气来使得由此形成的管状膜110经预定的高度被稳定。以温度控制单元120控制的温度和控制阀118控制的速率，第一风环112在管状膜110外表面上施加此种空气流。
类似的，通过温度控制单元152和控制阀150利用环形喷嘴144在管状膜110的内表面上施加受控温度和受控速率的空气流。通过防止其在芯棒124周围和其纵轴周围振动，在管状膜内和外表面上的高速空气流使得该膜稳定。施加低体积流率空气导致对未膨胀管状膜的适度冷却，从而使得茎高度控制在预定距离。
由于该产生的茎高度，管状膜110机器方向上的缩减(machine directiondrawdown)量相对常规管状膜挤出方法以降低的比率发生。该高茎内的聚合物应力允许的松弛提供均匀施加压力的膜以便膨胀成具有更好的厚度均匀性和物理和机械性能。此外，高的茎高度允许长聚合物分子和低纵横比填料的无规化(randomization)和交织，而不是将它们与挤出方向保持平行排列。此种无规化和交织给予吹塑膜132改进的拉伸和撕裂强度性能并造就了在该膜中的微孔。此外，通过控制施加到管状膜110外和内表面上的空气流的温度，在该高茎上的膜温度可保持在用于最终通过第二风环154吹塑的最佳温度，并同时被稳定。该高茎的稳定性通过导引件140进一步提高，其中该导引件140形成窄通道142以便增加环形区域126中的气流速度。该增加的空气速度趋于在导引件140周围锁定管状膜100，从而在由此造就的高茎的预定距离上增加了管状膜的稳定性。
吹塑膜132的泡的尺寸主要由抽风机136和控制阀138来控制。一般情况下，在稳态运行下，经过风机146的空气的质量等同于通过抽风机136经过延伸穿过芯棒124的通道128而从内部区域130抽取的空气的质量。为了增大或减小吹塑膜132的尺寸，在内部区域130内的内压即时增加或降低，由此影响吹塑膜132的尺寸，其尺寸由声纳传感器170感应。一旦吹塑膜132达到其预定尺寸，在内部区域130内的进入和出去的空气质量再次平衡以便用于稳定态操作。使用第二风环154用常规方法使管状膜110膨胀和在邻近冰冻线172处强力冷却。
如上所述，挤出设备100和制备吹塑管状膜的方法提高了泡的稳定性、改善了尺寸均匀性、降低了尺寸标准偏差、改善了光学性能、改善了冲击强度、改善了撕裂强度、改善了抗拉强度、改善了尺寸减小能力(down gaugingcapability)、和增加了产量(output)。
在吹塑膜132成型后，该膜可进一步使用本领域中已知的各种手段来处理。例如该膜可如Liang的美国专利6,280,680图2中所示的来处理，加入此处作为参考。在一实施方案中，该膜132的一个末端通过例如Liang的专利中图2所示出的牵引辊(leading roller)来牵引。牵引辊的旋转速度是受控的由此该膜132基本上是不透气的。牵引辊的旋转速度、从挤出机102出来的挤出材料的量、和该膜132的厚度适当受控以便该膜相对于吹塑比和模直径(距离挤出模108约1000mm至1700mm)被膨胀到所需的平放宽度(lay flatwidth)。膨胀和牵引的目的是同时在两个方向上、即纬度方向上和纵向上拉伸该膜132，得到了一种具有有二维强度的结构的仿纸膜。在膨胀下，仿纸膜的密度相对于原材料的组合可降低，约2g/cm3至约0.5g/cm3。由于牵引辊的牵引力，该膜132被牵引进位于牵引辊和冷却装置之间的折叠装置，由此仿纸膜被对称的折叠成折叠平纸。牵引辊的目的包括以低旋转速度牵引最初成型的膜132，由此从冷却装置出来的空气均匀的吹拂和稳定该膜132，并保持该膜不透气以便气被均匀的膨胀。此外，牵引辊的旋转速度是仿纸膜纵向拉伸和厚度的影响因素。当然，旋转速度应合适的调整以便与从挤出机102出来的挤出材料的量匹配。折叠纸典型的经过切割装置以便折叠纸例如被切割成两片纸。得到的两片纸可经过表面电晕处理并由此得到较好的粘合性。该纸随后可收集到辊上。在处理的过程中，纸的厚度可适当控制在约25微米至约75微米的范围内，宽度可是约35-60英寸(约0.9m至1.5m)，并且密度可是约0.4g/cm3至约0.7g/cm3。
本发明也可用于制备例如Liang的美国专利6,280,680中公开的双层纸、三层纸、或更多层纸的方法中。此种分层纸可用于印刷、包装、和装饰等。每层可通过在那里添加不同颜料按需要被设计成不同的颜色。每个独立具有约30至约150微米的厚度和独立具有相同或不同的组分的单层纸、双层纸、三层纸、和甚至超过三层的纸可通过例如Liang的专利中图8所示出的层压机器进行层压，以便形成约150至约450微米厚度的两层层压纸或三层层压纸。
根据本发明制备的纸可被用于印刷、包装、和装饰领域中。它们可直接使用而不用预处理或进行适当预处理，例如光亮表面处理和模糊表面处理，用于特殊目的。水性涂料和非水性涂料都可用于涂敷到使用本发明制备的纸上。水性涂料的制剂可包含丙烯酸树脂、异丙醇、聚乙烯醇、粘土、抗静电剂、28％的氨水、纯净水、和醋酸乙烯酯。
下表I公开了使用上述设备和方法制备本发明吹塑管状膜中的各种操作参数的范围。操作参数是基于使用300mm（11.8英寸）直径的挤出模。质量流量、内部空气流量、外部空气流量和第二风环流量直接与模直径成比例。因此，对于200mm(8英寸)直径的挤出模来说，质量流量将是200-1200lb/hr，内部空气流量将是40-1200CFM，外部空气流量将是40-1600CFM，并且第二风环流量将是120-4000CFM。
表I
Figure BDA00002123786400121
在下述条件下使用上述设备和方法制备包含50%重量高密度聚乙烯（分子量约1.0百万至1.5百万）和50%碳酸钙（平均粒径约3-5微米）的本发明的微孔、吹塑管状膜。
表II
Figure BDA00002123786400122
当上述组合物包含，依重量计，40%高密度聚乙烯(分子量约1.0百万至1.5百万)和60%碳酸钙(平均粒径约3-5微米)，或30%高密度聚乙烯和60%碳酸钙，或当约1%的C10-C24有机酸加入到该组合物，制得本发明的其它膜。例如一种膜包含约或28%高密度聚乙烯、70%碳酸钙、和1至2%的添加剂，例如C10-C24有机酸。当10%或20%中密度聚乙烯或聚丙烯加入到上述组合物中，或当碳酸钙具有的平均粒径是约10微米或碳酸钙被硫酸钡、硫酸钠、磷酸钠、或磷酸钙替代，制得本发明的其它膜。当上述膜具有约0.65、0.70或0.75的空隙率，或约0.40、0.50、或0.65g/cm3的密度，和约10、25或50微米的厚度，制得本发明的其它膜。
尽管参考具体实施方案说明了本发明，应当清楚的是这些实施方案仅是对本发明原则和使用的说明，并且除了那些此处阐述的可以其它方式实施本发明。例如由风机146供给的从吹塑膜132的内部区域130出来的空气，可通过导管134、148再循环从而免除了抽风机136和控制阀138。因此，可对示出的实施方案做大量的修改并且可设计其它的设置而不偏离附上的权利要求所限定的本发明精神和范围。

Claims (25)

1.一种微孔膜包括，依重量计，i)约20%至约60%的分子量至少约200,000的高密度聚乙烯，和ii)约40%至约80%的平均粒径约1至约25微米的低纵横比填料，其中低纵横比填料相对于聚乙烯的重量比为至少约0.7，所述膜具有的厚度为约10至约75微米并且空隙率为约0.60至约0.75。
2.根据权利要求1的微孔膜，其中该膜的厚度为约20至约50微米。
3.根据权利要求1的微孔膜，其中该膜的空隙率为约0.62至约0.72。
4.根据权利要求1的微孔膜，包括约30%至约50%的高密度聚乙烯。
5.根据权利要求1的微孔膜，其中高密度聚乙烯的熔融指数为约0.02至约0.06dg/min。
6.根据权利要求1的微孔膜，其中低纵横比填料的平均粒径为约1至约10微米。
7.根据权利要求1的微孔膜，包括约50%至约60%重量的低纵横比填料。
8.根据权利要求1的微孔膜，其中低纵横比填料是碳酸钙。
9.根据权利要求8的微孔膜，其中碳酸钙的平均粒径约3至约5微米。
10.根据权利要求1的微孔膜，进一步包括至多约2%重量的C10-C24有机酸。
11.根据权利要求1的微孔膜，其中低纵横比填料相对于聚乙烯的重量比为至少约0.9，低纵横比填料的平均粒径约1至约10微米，并且该膜的厚度为约20至约50微米。
12.一种制备微孔膜的方法，包括：
a)将组合物挤出成为具有厚度为约50至约300微米的膜，该组合物包含，依重量计，i)约20%至约60%的分子量至少约200,000的高密度聚乙烯，和ii)约40%至约80%的平均粒径约1至约25微米的低纵横比填料，其中低纵横比填料相对于聚乙烯的重量比至少为约0.7，和
b)使用高茎、吹塑膜方法取向所述挤出的膜，所得到的膜具有约10至约75微米的厚度和约0.60至约0.75的空隙率。
13.根据权利要求12的方法，其中所得到的膜的厚度为约20至约50微米并且空隙率为约0.62至约0.72。
14.根据权利要求12的方法，包含约30%至约50%的高密度聚乙烯。
15.根据权利要求12的方法，其中高密度聚乙烯的熔融指数为约0.02至约0.06dg/min。
16.根据权利要求12的方法，包含约50%至约60%重量的低纵横比填料。
17.根据权利要求12的方法，其中低纵横比填料是碳酸钙。
18.根据权利要求12的方法，其中碳酸钙的平均粒径为约3至约5微米。
19.根据权利要求12的方法，其中将该挤出膜进行双轴取向，首先在机器方向上然后在横向上。
20.根据权利要求12的方法，其中该挤出膜具有约50至约150微米的厚度并且对其进行双轴取向，首先在在机器方向上然后在横向上，并且所得到的膜的厚度为约10至约75微米。
21.一种制备微孔膜的方法，包括：
a)将组合物挤出成为逐渐前进的未膨胀的管状膜，该管状膜具有约50至约300微米的厚度并且在预定距离上在沿纵轴设置的圆柱周围具有基本上均匀的第一直径，该组合物包含，依重量计，i)约20%至约60%的具有至少约200,000分子量的高密度聚乙烯，和ii)约40%至约80%的具有平均粒径为约1至约25微米的低纵横比填料，其中低纵横比填料相对于聚乙烯的重量比为至少约0.7，
b)在所述管状膜的外表面上施加第一气流，
c)在所述圆柱和所述管状膜的内表面之间形成的环状区域内，在所述管状膜的内表面上施加第二气流，
d)在所述预定距离上控制在所述未膨胀管状膜上的所述第一和第二气流的速度和体积流率，以便通过阻止所述管状膜在所述圆柱周围的振动来稳定所述管状膜，和
e)邻近所述预定距离的界限在具有所述第一直径的所述管状膜的外表面上施加第三气流，以便在那里稳定所述管状膜和将所述管状膜从所述第一直径膨胀到第二直径，
所得到的膜具有约10至约75微米的厚度和约0.60至约0.75的空隙率。
22.根据权利要求21的方法，其中所述稳定包括在所述预定距离内在所述膜的外表面上以足够高的速度、低的体积流率来施加所述第一气流和在所述膜的内表面上以足够高的速度、低的体积流率来施加所述第二气流以便防止其振动。
23.根据权利要求22的方法，进一步包括控制所述第一和第二气流的温度。
24.根据权利要求23的方法，进一步包括从所述膜的内部通过设置在所述圆柱内的通道以受控的速率排出所述第二气流的至少一部分。
25.根据权利要求24的方法，其中所述稳定包括在所述膜的内表面上以与其平行的方向施加所述气流，和在所述膜的外表面上以与其平行的方向施加所述气流。
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