CN103442886A - 用于包装用途的含有热塑性复合共混物的可剥离性密封剂 - Google Patents

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Abstract

包装系统具有可剥离性密封段，其包括第一密封层和第二密封层以使第一密封层接触第二密封层以形成可剥离性封口。第一密封层包含热塑性聚合物或热塑性聚合物的共混物、分散在该热塑性聚合物内的有机粘土和分散在该热塑性聚合物内的附加无机添加剂组分，如碳酸钙。该可剥离性封口实现协同效应并提供高热导率、高可嵌缝性并在宽密封温度范围内一致，而不随着封口老化而损失所需可剥离性密封功能。

Description

用于包装用途的含有热塑性复合共混物的可剥离性密封剂
对相关申请的交叉引用
本申请是2011年1月3日提交的美国专利申请No. 12/983,732的继续申请案，其全文经此引用并入本文。
技术领域
本发明涉及包括可剥离性封口（seal）的包装系统，本发明特别涉及形成这样的可剥离性封口的组合物和方法。
背景
包装是大多数产品的保护、售卖和经销中的重要事项。包装具有广泛用途，例如在食品、医疗器材、电子部件、工业产品、个人卫生产品、宠物用品、收藏品、珠宝等中。此类包装的具体特征会需要适用于特定用途的性质。例如，医疗产品和食品会常常需要气密封口以防止其中包含的产品的污染。
食品特别具有相当严格的包装要求以保持新鲜和提供所需贮存寿命。某些医疗器材也需要严格的包装要求以保持此类器材的无菌性。在这样的用途中，该包装通常真空包装或充气，随后气密密封。尽管产品的有效包装是强制性的，但产品包装的各种美观性质也重要。例如，包装外观对消费者吸引力非常重要。此外，包装的功能性质，如包装的可重复使用性和易开性是重要的考虑因素。在许多这些用途中，容易打开包装的能力取决于封口的机械性质。此外，密封剂衬底的高速传热能力（热导率）使得密封保留时间显著降低并能在总材料减少的情况下实现密封工艺的更高循环速度和更低能量消耗。
一种这样的包装结构采用可剥离性封口。当打开具有可剥离性封口的包装时，可以从基底上剥离密封层。最好以低和相对恒定的剥离力实现这样的剥离。可剥离性封口的弹性确保在包装的弯曲和正常操作中不会发生封口的破坏。在一些包装现有技术中，可剥离性封口由多层片材构成。具有这样的封口的包装系统的实例包括自立袋和常规袋、盒中袋（bag-in-a-box）、托盘式食品包装、瓶子或泡罩包装、透明外包装（overwrap）等。尽管这些可剥离性包装中的一些表现得相当好，但难以构造会始终形成气密密封的合适包装系统，该气密密封即使在存在皱、褶和三角片（gussets）时也防漏并仍容易被最终用户打开。此外，这样的早期可剥离性包装系统倾向于在相对较窄的范围内，特别是窄温度密封范围内工作。窄密封温度范围倾向于造成包装缺陷。例如，在使用温度范围的低端，可能形成泄漏封口（非气密密封）。在使用温度范围的高端，形成在打开时撕裂的非可剥离性封口。
因此，需要通过提供更加嵌实（caulking）的膜密封通道而防漏、提供气密密封并容易打开和在宽密封温度范围内始终密封而不随封口老化而损失所需可剥离性密封功能的改进的可剥离性包装系统。
概述
本发明通过提供具有可剥离密封段的包装系统的至少一个实施方案而解决现有技术的一个或多个问题。该可剥离密封段包括第一密封层和第二密封层以使第一密封层接触第二密封层以形成可剥离性封口。第一密封层包括热塑性聚合物、分散在该热塑性聚合物内的有机粘土和分散在该热塑性聚合物内的包含无机填料，如碳酸钙的附加添加剂组分。有机粘土和附加填料（例如碳酸钙）的总重量为热塑性聚合物和有机粘土和附加填料（例如碳酸钙）的总重量的大约10重量%至大约35重量%。有机粘土以热塑性聚合物和有机粘土和附加填料（例如碳酸钙）的总重量的5重量%至20重量%的量存在。无机填料，如碳酸钙以热塑性聚合物和有机粘土和附加填料（例如碳酸钙）的总重量的6重量%至25重量%的量存在。第一密封层包括密封表面，该可剥离性封口具有每英寸密封宽度0.5 lb至5 lb的剥离力。在本发明的另一实施方案中，提供包含本发明的可剥离性密封结构的包装系统。本发明的包装系统包括容器段和连接至（attach to）容器段的可剥离性密封段。该可剥离性密封段包括第一密封层和第二密封层以使第一密封层接触第二密封层以形成可剥离性封口。第一密封层包括热塑性聚合物、分散在该热塑性聚合物内的有机粘土和分散在该热塑性聚合物内的包含无机填料，如碳酸钙的附加添加剂组分。有机粘土和附加填料（例如碳酸钙）的总重量为热塑性聚合物和有机粘土和附加填料（例如碳酸钙）的总重量的大约10重量%至大约35重量%。有机粘土以热塑性聚合物和有机粘土和附加填料（例如碳酸钙）的总重量的5重量%至20重量%的量存在。无机填料，如碳酸钙以热塑性聚合物和有机粘土和碳酸钙的总重量的6重量%至25重量%的量存在。第一密封层包括密封表面，该可剥离性封口具有每英寸密封宽度0.5 lb至5 lb的剥离力。
在本发明的再一实施方案中，提供具有可剥离性密封段的包装系统。该可剥离性密封段包括具有式1的密封结构：
L1/...../Ln /P (1)
其中P是第一密封层，L1至Ln是该密封层设置于其上的支承基底内的层，且n是代表该支承基底(support base)中的层数的整数。该可剥离性密封段还包括衬底（substrate）以使第一密封层接触该衬底以形成可剥离性封口，第一密封层包括热塑性聚合物、分散在该热塑性聚合物内的有机粘土和分散在该热塑性聚合物内的包含无机填料，如碳酸钙的附加添加剂组分。有机粘土和附加填料（例如碳酸钙）的总重量为热塑性聚合物和有机粘土和附加填料（例如碳酸钙）的总重量的大约10重量%至大约35重量%。有机粘土以热塑性聚合物和有机粘土和附加填料（例如碳酸钙）的总重量的5重量%至20重量%的量存在。无机填料，如碳酸钙以热塑性聚合物和有机粘土和碳酸钙的总重量的6重量%至25重量%的量存在。第一密封层包括密封表面，该可剥离性封口具有每英寸密封宽度0.5 lb至5 lb的剥离力。
在再一实施方案中，提供具有可剥离性密封段的包装系统。该可剥离性密封段包括具有式2的密封结构：
L1/....../Ln/P/Lf (2)
其中P是第一密封层，L1至Ln代表该密封层设置于其上的支承基底内的层，Lf是位于第一密封层上的附加层，且n是代表该支承基底中的层数的整数。该密封段还包括衬底以使第一密封层接触该衬底以形成可剥离性封口。第一密封层包括热塑性聚合物、分散在该热塑性聚合物内的有机粘土和分散在该热塑性聚合物内的包含无机填料，如碳酸钙的附加添加剂组分。有机粘土和附加填料（例如碳酸钙）的总重量为热塑性聚合物和有机粘土和附加填料（例如碳酸钙）的总重量的大约10重量%至大约35重量%。有机粘土以热塑性聚合物和有机粘土和附加填料（例如碳酸钙）的总重量的5重量%至20重量%的量存在。无机填料，如碳酸钙以热塑性聚合物和有机粘土和碳酸钙的总重量的6重量%至25重量%的量存在。第一密封层包括密封表面，该可剥离性封口具有每英寸密封宽度0.5 lb至5 lb的剥离力。
在本发明的另一实施方案中，提供用于形成可剥离性密封层的制剂。该制剂含有有机粘土母料和碳酸钙母料以及热塑性聚合物。由这种制剂形成的包装密封剂体系具有协同效应并在宽密封温度范围内实现可剥离性，并具有更好的热导率和改进的可嵌缝性（caulkability）。此外，这样的制剂（特别是易剥离制剂）与聚丁烯基易开系统相比具有好得多的老化特性，而没有随封口老化而显著损失所需的可剥离性密封功能。
附图简述
图1A是含有有机粘土和无机填料，如碳酸钙添加剂的单层密封结构的横截面示意图；
图1B是具有外部有机粘土/附加添加剂密封层的双层结构的横截面示意图；
图1C是具有外部有机粘土/附加添加剂密封层的三层结构的横截面示意图；
图1D是具有外部有机粘土/附加添加剂密封层的五层结构的横截面示意图；
图1E是具有内部有机粘土/附加添加剂密封层的三层结构的横截面示意图；
图2A是包含本发明的可剥离性密封结构的一个实施方案的袋状包装系统的横截面示意图；
图2B是图2A的袋状包装系统的侧视图；
图2C是图1E的袋状包装系统的侧视图；
图3A是其中密封衬底包括第二密封层的一种改进方案的横截面示意图；
图3B是其中密封衬底包括第二密封层的一种改进方案的横截面示意图，其中在第一密封层和第二密封层之间形成可剥离性密封；
图4A是使用本发明的可剥离性密封结构的杯状包装系统的横截面示意图；
图4B是使用本发明的可剥离性密封结构并包含多个杯状容器的泡罩包装系统的横截面示意图；
图5是图解本发明的密封剂衬底层的加工和成层和形成该包装系统的方法的图；
图6提供由热塑性聚合物/碳酸钙组合物和热塑性聚合物/有机粘土组合物制成的封口的剥离强度 vs 密封温度的曲线图；
图7提供由具有不同量的有机粘土和碳酸钙的组合物制成的封口的剥离强度 vs 密封温度的曲线图；
图8提供由具有有机粘土和高含量碳酸钙的组合物制成的封口的剥离强度 vs 密封温度的曲线图；
图9提供由具有有机粘土和金属茂LLDPE的组合物制成的封口的剥离强度 vs 密封温度的曲线图；
图10提供嵌缝试验方法的图解，其中计算嵌缝斜率和极限密封厚度；
图11提供在可嵌缝性试验方法中用于测定嵌缝斜率和极限密封厚度的未密封面积 vs 污染物厚度的曲线图；
图12A提供对于各种聚合物/有机粘土/碳酸钙组合，未密封面积 vs 污染物厚度的一系列曲线图；
图12B提供多种膜组合物的嵌缝斜率；
图13A和B提供许多组合物的G'和G" vs 频率(aTω)的曲线图；
图14A提供嵌缝斜率 vs G'/aTω的曲线图；
图14B提供极限完美密封厚度 vs G'/aTω的曲线图；
图15提供各种样品的比率G'/aTω和嵌缝斜率的曲线图；且
图16A-D提供各种膜组合物的热流量 vs 温度的曲线图。
详述
现在详细提到本发明的目前优选的组合物、实施方案和方法，它们构成本发明人目前已知的实施本发明的最佳方式。附图不一定按比例。但是，要理解的是，所公开的实施方案仅例示可以以各种备选形式具体实施的本发明。因此，本文中公开的具体细节不应被解释为限制，而仅作为本发明的任何方面的代表性基础和/或作为教导本领域技术人员以各种方式利用本发明的代表性基础。
除了在实施例中或在另行明示之处外，本说明书中指示材料量或反应和/或使用条件的所有数值量应被理解为被词语“大约”修饰以描述本发明的最宽泛范围。通常优选在所述数值界限内实施。此外，除非明确作出相反的指示，百分比（%）、“份数”和比率值按重量计；术语“聚合物”包括“低聚物”、“共聚物”、“三元共聚物”等；一组或一类材料被描述为适合或优选用于与本发明相关的给定用途意味着该组或该类的任何两个或更多个成员的混合物同样合适或优选；以化学术语描述成分是指在添加到说明书中规定的任何组合中时的成分，不一定排除一经混合时混合物的成分之间的化学相互作用；首字母缩略词或其它缩写词的最初定义适用于相同缩写词在本文中的所有后续使用并准用于最初定义的缩写词的正常语法变异；除非明确作出相反的指示，通过与之前或随后对相同性质提到的相同技术测定一性质。
还要理解的是，本发明不限于下述具体实施方案和方法，因为具体组分和/或条件当然可变。此外，本文所用的术语仅用于描述本发明的具体实施方案并且无意以任何方式构成限制。
还必须指出，除非文中清楚地另行指明，说明书和所附权利要求书中所用的单数形式“一（a, an）”和“该(the)”包含复数对象。例如，以单数形式提到一组分意在包括多个组分。
在本申请通篇中，提到出版物时，这些出版物的公开内容全文经此引用并入本申请以更充分描述本发明所属领域的现有技术状况。
本文所用的术语“有机粘土”是指有机改性粘土。通常，这样的改性使粘土与聚合物更相容，因此更可共混。
本文所用的术语“粘土层”、“粘土片”、“粘土片层（clay platelet(s)）”是指层状材料，如蒙脱石粘土的各层。
本文所用的术语“剥离型有机粘土”是指至少一部分有机粘土包括许多片层，其中片层之间的间距大于未改性粘土中的片层间距，且至少一部分片层不平行。在典型的未改性粘土中，相邻片层往往平行。通常，剥离型有机粘土的平均间距大于大约20埃。平均间距大于大约100纳米的粘土被认为充分剥离。还应认识到，有机粘土片层的各堆叠体本身与其它堆叠体结合形成堆叠体附聚物。这样的附聚物由最大空间尺寸表征。从形态学角度看，扫描电子显微镜（SEM）或光学显微术提供关于聚合物基质中的附聚物尺寸的信息，使用最大空间尺寸表示聚合物和共混聚合物中的有机粘土分布。最大空间尺寸的大数值代表有机粘土的良好分散。平均最大空间尺寸为1纳米至100微米。在改进方案中，平均最大空间尺寸为1纳米至100纳米。在另一改进方案中，平均最大空间尺寸为1纳米至1000纳米。在另一实施方案中，直径为1微米至100微米。
本文所用的术语“纯聚合物”或“纯共混聚合物”是指不含无机填料的热塑性聚合物或不同类型的热塑性共混聚合物。
本文所用的术语“可剥离性封口”是指具有每英寸样品宽度0.5 lb至5 lb的剥离力和剥开封口的力的封口。通常，上限为每英寸样品宽度小于或等于5 lb。在另一些变体中，上限为每英寸样品宽度小于或等于4 lb或小于膜衬底上的撕裂强度。
本文所用的术语“剥离力”是指如经此引用并入本文的ASTM F-88中规定的分离双层的力。例如，这是通过拉开双层来分离1英寸宽的双层所必需的力。
本文所用的术语“密封起始温度”是指形成剥离力为0.5 lb/英寸的封口所需的最低温度。具体而言，密封起始温度是接触要密封的层由此促进这种密封的表面（通常金属）的温度。在一些变体中，该表面以5 psi至1200 psi的压力以大约0.1至2秒的停留时间接触该层。
本文所用的术语“可剥离性密封温度范围”是指形成两种材料之间的密封以使剥离力为每英寸样品宽度0.5 lb至每英寸样品宽度5 lb（具有撕裂如上所述的膜的力（with a force that tears the films as set forth above））所需的温度范围。
本文所用的术语“密封温度”是指在两种材料之间形成密封时的温度。
本文所用的术语“嵌缝斜率”和“极限完美密封厚度”如下定义。嵌缝试验方法在密封区中用一定厚度（即污染物厚度）的扁平线引入间隙以模拟在热封过程中在密封区附近或在密封区中无意引入的污染物（见图10）。使用光学显微术测量未密封面积。未密封面积的较低读数代表较好的可嵌缝性和提高的提供气密密封的能力。作为污染物厚度的函数绘制未密封面积。该数据通过线性回归拟合（例如最小二乘法拟合），嵌缝斜率是该拟合线的斜率。极限完美密封厚度是未密封面积为0时的污染物厚度。较高极限完美密封厚度表明高可嵌缝性。
在本发明的一个实施方案中，提供可剥离性密封结构。该可剥离性密封结构与美国专利公开No. 2008/0118688（其整个公开内容经此引用并入本文）中阐述的结构相比提供改进。该可剥离性密封段包括第一密封层和第二密封层以使第一密封层接触第二密封层以形成可剥离性封口。第一密封层包括热塑性聚合物或热塑性聚合物的共混物、分散在该热塑性聚合物或热塑性聚合物共混物内的有机粘土和分散在该热塑性聚合物或热塑性聚合物共混物内的无机添加剂组分如碳酸钙。
有机粘土和碳酸钙的组合协同工作以在将第一和第二密封层密封在一起时第一密封层产生可剥离性封口。具体而言，本发明的一些实施方案有利地形成经由粘合剂A型破坏机制剥离开的可剥离性封口（参见美国专利公开No. 2008/0118688，其经此引用并入本文）。在一个改进方案中，此处形成的可剥离性封口具有每英寸样品宽度0.5 lb至每英寸样品宽度5 lb的剥离强度。在另一改进方案中，此处形成的可剥离性封口具有每英寸样品宽度1.0 lb至每英寸样品宽度4.5 lb的剥离强度。在再一改进方案中，此处形成的可剥离性封口具有每英寸样品宽度1.0 lb至每英寸样品宽度4.0 lb的剥离强度。
此处形成的可剥离性封口也通过如ASTM F 88中阐述的密封强度表征。在形成封口时测试和测量密封强度。优选条件是在新形成的可剥离性封口冷却至室温的1分钟内测量密封强度。在一个改进方案中，该可剥离性封口具有0.5 lb至5 lb的密封强度。在另一改进方案中，该可剥离性封口具有1 lb至3.5 lb的密封强度。
本实施方案的可剥离性封口也通过嵌缝斜率和极限完美密封厚度（污染物厚度）表征。在一个改进方案中，嵌缝斜率小于或等于0.0032。在进一步改进方案中，嵌缝斜率为0.001至0.0032。在另一改进方案中，嵌缝斜率为0.0026至0.0032。在再一改进方案中，嵌缝斜率为0.0025至0.003。在又一改进方案中，嵌缝斜率为0.0027至0.003。通常，极限完美密封厚度大于5微米。在一个改进方案中，极限完美密封厚度为5微米至400微米。在另一改进方案中，极限完美密封厚度为5微米至300微米。
如美国专利公开No. 2008/0118688中所述，有机粘土是可剥离性密封剂制剂中的有效组分。应该指出，在没有有机粘土情况下，碳酸钙不产生可剥离性封口。此外，有机粘土和碳酸钙的组合需要较少有机粘土来产生高品质可剥离性封口。由于有机粘土与碳酸钙相比是相对昂贵的组分，有机粘土和碳酸钙的组合提供显著的成本降低。有机粘土和碳酸钙的总重量为热塑性聚合物和有机粘土和碳酸钙的总重量的大约10重量%至大约35重量%。有机粘土以热塑性聚合物和有机粘土和碳酸钙的总重量的5重量%至20重量%的量存在。碳酸钙以热塑性聚合物和有机粘土和碳酸钙的总重量的6重量%至25重量%的量存在。在一些改进方案中，碳酸钙/有机粘土比为0.4至2.5。第一密封层包括密封表面，其与第二密封层的表面接触以形成可剥离性封口。该可剥离性封口以每英寸密封宽度0.5 lb至5 lb的剥离力为特征。
在一个变体中，密封表面在可剥离性密封温度范围内（即从密封起始温度至比密封起始温度高至少50℉的温度）的所有温度下可形成可剥离性封口。在一个改进方案中，可剥离性密封温度范围为密封起始温度至比密封起始温度高至少75℉的温度。在再一改进方案中，可剥离性密封温度范围为密封起始温度至比密封起始温度高至少100℉的温度。通常，对于包装用途，密封起始温度为大约170℉至大约420℉。在一个改进方案中，密封起始温度为大约170℉至大约350℉。在用于包装用途的另一改进方案中，密封起始温度为大约170℉至大约270℉。所有上述温度界限可以随来自层合、共挤出或涂布的外层的耐热性而变。例如，当外层是HDPE时，密封温度上限为大约270℉；当外层是取向聚酯,时，上限温度为大约420℉。
一般而言，该可剥离性密封结构是可用于密封用途的多层结构。这种层状结构包括密封层，其包括有机粘土和选自碳酸钙、碳酸镁、水合硅酸镁（滑石）、氧化钛、氧化镁、硫酸镁、硫酸钡、铝酸钡、硼酸钡、硅酸钡及其组合的附加添加剂。该多层密封结构的一个变体由式1描述：
L1/.....Ln/P (1)
其中P是包括有机粘土和无机填料，如碳酸钙和附加添加剂组分的密封层，L1至Ln代表该密封层设置于其上的支承基底内的层，且n是代表该支承基底中的层数的整数。该支承基底通常包括一个或多个如下所述的聚合层（刚性或挠性）。n通常是1至10的整数。此类多层结构的实例具有下列结构L1/P；L1/L2/P；L1/L2/L3/P；L1/L2/L3/L4/P；L1/L2/L3/L4/L5/P；L1/L2/L3/L4/L5/L4/L5/L6/P；和L1/L2/L3/L4/L5/L4/L5/L6/L7/P。该多层密封结构的另一变体由式2描述：
L1/....../Ln/P/Lf (2)
其中P是包括有机粘土和无机填料，如碳酸钙和附加添加剂组分的密封层，L1至Ln代表该密封层设置于其上的支承基底内的层，Lf是设置于不同于Ln的P的相反面上的附加不可剥离性密封剂聚合层，且n是代表该支承基底中的层数的整数。该支承基底通常包括一个或多个如下所述的聚合层。n通常是1至10的整数。此类多层结构的实例具有下列结构L1/P/Lf'；L1/L2/P/Lf'；L1/L2/L3/P/Lf'；L1/L2/L3/L4/P/Lf'；L1/L2/L3/L4/L5/P/Lf'；L1/L2/L3/L4/L5/L4/L5/L6/P/Lf'；和L1/L2/L3/L4/L5/L4/L5/L6/L7/P/Lf'。本实施方案还包括其中密封结构包括单层P的变体。
在另一实施方案中，提供使用如上所述的可剥离性密封结构的可剥离性封口。一般而言，这些可剥离性封口由式3描述：
L1/.....Ln/P*S (3)
其中S是该密封结构密封至的衬底，P是密封层，L1至Ln代表该密封层设置于其上的支承基底内的层，且n是代表该支承基底中的层数的整数，该衬底不含有机粘土或碳酸钙。符号*代表P和S密封在一起（例如粘合或粘附）。在更具体的变体中，该可剥离性封口由式4描述：
L1/.....Ln/P*P'/L'n'/...../L'1 (4)
其中P和P'独立地为包括有机粘土、无机填料，如碳酸钙和附加添加剂组分的密封层，L1至Ln代表密封层P设置于其上的衬底内的层，L'1至L'n代表密封层P'设置于其上的衬底内的层，n是代表P下的基底中的层数的整数，且n'是代表在P'之下的基底中的层数的整数。符号*代表P和P'密封在一起（例如粘合或粘附）。通常，n和n'各自独立地为1至10的整数。本实施方案还设想了其中密封结构是单层的变体，其中封口是P*P。在一个改进方案中，该包装系统包括附连接至包括可剥离性封口的密封段的容器段。应该认识到，本密封段设计成在P*P封口处分离。在一个改进方案中，这种分离是通过层离机制。
在另一实施方案中，提供使用上述可剥离性密封结构的可剥离性封口。一般而言，这些可剥离性封口由式5描述：
L1/.....Ln/P/Lf *S (5)
其中S是该密封结构密封至的衬底，P是密封层，L1至Ln代表该密封层设置于其上的支承基底内的层，Lf是位于第一密封层上的附加层，且n是代表该支承基底中的层数的整数。符号*代表P和S密封在一起（例如粘合或粘附）。衬底S包括多层结构L1/.....Ln/P/Lf可粘附至的任何材料。合适的衬底的实例包括，但不限于，多层结构（即具有如式1提供的类似构造或具有不同设计）、塑料和金属。在另一更具体的变体中，该可剥离性封口由式6描述：
L1/.....Ln/P/Lf * P'/L'f/L'n/...../L'1 (6)
其中P和P'独立地为包含有机粘土、无机填料，如碳酸钙和附加添加剂组分的密封层，L1至Ln代表密封层P设置于其上的衬底内的层，L'1至L'n代表密封层P'设置于其上的衬底内的层，Lf是设置于密封层P上的附加层，L'f是设置于密封层P'上的附加层，n是代表在P之下的基底中的层数的整数，且n'是代表在P'之下的基底中的层数的整数。通常，n和n'各自独立地为1至10的整数。在一个改进方案中，该包装系统包括连接至包括可剥离性封口的密封段的容器段。符号*代表P和L'f密封在一起。应该认识到，本密封段设计成在P*P封口处分离。在一个改进方案中，这种分离是通过层离机制。
在式1-6描述的密封结构的一个变体中，该多层结构的总厚度为大约5至大约78微米。在一个改进方案中，该多层结构的总厚度为大约15至大约75微米。在另一改进方案中，该多层结构的总厚度为大约35至大约75微米。在式1-6所述的多层结构的另一变体中，该密封层通常具有大约2.5至大约130微米的厚度。在一个改进方案中，该密封层具有大约5至大约50微米的厚度。
参照图1A、1B、1C、1D和1E，提供本发明的包装系统中所用的可剥离性密封结构的图示。可通过共挤出吹塑膜、流延膜、粘合层合、挤出层合、挤出涂布、表面印刷或表面涂布法或其组合构造该多层结构。在这一实施方案中，将该可剥离性密封结构粘附至衬底以形成可剥离性封口或密封段。图1A是单层密封结构的横截面示意图。在这种变体中，可剥离性密封结构101包括密封层12。图1B是符合式1的双层密封结构的横截面示意图。可剥离性密封结构102包括密封层12和附加层14。图1C是符合式1的三层密封结构的横截面示意图。在这种变体中，可剥离性密封结构103包括密封层12和附加层14、16。图1D是符合式1的五层密封结构的横截面示意图。在这种变体中，可剥离性密封结构104包括密封层12和附加层14、16、18、19。图1E是符合式2的密封结构的三层密封结构的横截面示意图。在这种变体中，可剥离性密封结构104包括设置于附加层14、17之间的密封层12。层14或17是能自密封或密封至衬底的不可剥离性密封剂层。密封层12能在打开时层离。关于如式1-6中所述的具有附加层的密封结构的概括是直接的。应该认识到，在图1A、1B、1C、1D和1E的各变体中，密封层12包含热塑性聚合物、分散在该热塑性膜内的有机粘土和包含分散在该热塑性聚合物内的附加添加剂（例如碳酸钙、碳酸镁、氧化钛、滑石、硅酸钡）的添加剂。密封层12适合接触容器的衬底段以形成可剥离性封口。这种容器可以是可用于包装物体的几乎任何形状。此类形状的实例包括，但不限于，泡罩、托盘、包、袋及其组合。
由上述组合物形成的密封层在并入如下文更完整描述的封口中时具有改进和均匀的剥离性能。采用可剥离性密封结构101、102、103、104和105（统称为可剥离性密封结构10）的密封界面以一致的模式剥离。即使膜试样通过立式填充和密封（VFFS）、卧式填充和密封（HFFS）和流动枕式包装法（flow wrap process）在各种包/袋包装型式中包括皱、褶和三角片构造，也不损害封口的气密完整性。可剥离性密封结构10在下列组合中表现出一致的可剥离性能：1) 密封层12接触具有类似或相同组成的另一密封层；2) 密封层12接触由纯密封剂形成的结构（例如有机粘土-碳酸钙/聚乙烯和/或聚乙烯共聚物层挨着纯聚丙烯层，有机粘土-碳酸钙/聚乙烯层挨着纯聚酯层，有机粘土-碳酸钙/聚乙烯层挨着纯聚乙烯层）。加工助剂如防粘连剂、抗氧化剂、滑爽添加剂、热稳定剂、增塑剂、紫外线吸收剂、抗静电剂、染料、颜料、加工助剂、脱模剂等任选包含到密封层中并且不影响密封结构10的剥离模式。
附加层14、16、18、19、20、21、22和23（即层L1-L10和Lf）用于为本实施方案提供许多有用的特征。例如，附加层14、16和18可以为包含可剥离性密封段的包装系统提供结构支撑、耐热性、阻隔性质和改进的外观。还应认识到，本实施方案除单层可剥离性密封结构外还包括具有任何数量的附加层的多层结构，该多层结构在形式上包括层合、共挤出或涂布结构。在本实施方案的各变体中，该多层密封结构包括具有本文所述的组合物的可剥离性封口。
参照图2A、2B和2C，描述了包含式1-6中所述的可剥离性密封结构的包装系统。图2A是包含本发明的可剥离性密封结构的一个实施方案的袋状包装系统的截面图。图2B是包含本发明的可剥离性密封结构的一个实施方案的袋状包装系统的侧视图。包装系统20包括容器段22和可剥离性密封段24。可剥离性密封段24连接至容器段22。图2A描绘了其中可剥离性密封段24和容器段22是连续的、各自由相同多层结构（即片材）形成的一个实例。容器段22可具有可用于将物体包装在袋内的几乎任何形状，如流动枕式包装（pillow flow wrap）、四边密封或插角袋（gusseted pouch）。密封段24包括可剥离性密封结构10。在图2A中所示的变体中，可剥离性密封结构10包括设置于附加层14上的密封层12。如上文联系图1A、1B和1C的描述所述，密封层12包含热塑性聚合物以及作为添加剂分散在该热塑性聚合物内的有机粘土和碳酸钙。
仍参照图2A和2B，包装系统20进一步包括第二密封结构10'，其与可剥离性密封结构10接触以形成可剥离性封口30。封口30密封包装系统20的顶侧32的开口。类似的可剥离性封口任选位于底侧34、左侧36和右侧38。可剥离性密封结构10'还包括设置于附加层14上的密封层12。具体而言，设置于附加层14上的密封层12的组合的第一部分形成密封结构10，而设置于附加层44上的密封层12的组合的第二部分形成密封结构10'。密封结构10，10'与容器段22是连续的。在本实施方案的一个变体中，设置于附加层14上的密封层12的组合的第三部分至少部分构成容器段22。有利地，包装系统20适合容纳物体40（即可以是一个或多个物体）。可包装的物体的实例包括，但不限于，食品和灭菌物体（例如医疗器材和非食品，如个人卫生、尿布衬垫、宠物产品等）。
参照图2C，提供包含式5和6的可剥离性密封结构的包装系统。图2C是这种包装系统的截面图。包装系统20包括容器段22和可剥离性密封段24。可剥离性密封段24连接至容器段22。图2C描绘了其中可剥离性密封段24和容器段22是连续的、各自由相同多层结构（即片材）形成的一个实例。容器段22可具有可用于将物体包装在袋内的几乎任何形状，如流动枕式包装、四边密封或插角袋。密封段24包括可剥离性密封结构10，其中密封层12设置于层17和44之间。
参照图3A和3B，图解袋状包装系统中所用的可剥离性密封段24的变体。图3A是其中密封层12基本局限于可剥离性密封段24附近的一个改进方案的横截面示意图。通过限定有机粘土的并入或通过在密封结构24附近沉积单独的层，实现这种变体。这种变体进一步包括内层42和一个或多个附加聚合物层14。图3B是其中包装系统20包括第二密封层46并在第一密封层12和第二密封层46之间形成可剥离性封口30的一个改进方案的横截面示意图。在这种后一改进方案中，密封层12最低限度（如果有的话）延伸到容器段22中。此外，在这种改进方案中，容器段22任选包括不同于第一密封层12的内衬层42。在这种变体的进一步改进方案中，密封段24进一步包括布置在第一密封层12和/或第二密封层46上的一个或多个附加聚合物层14。在这种改进方案的一个特别有用的实例中，一个或多个附加聚合物层14至少部分构成容器段22。
参照图4A和4B，图解具有硬质容器段的使用本发明的可剥离性密封结构的包装系统的变体。图4A提供使用本发明的可剥离性密封结构的杯状包装系统的横截面示意图。包装系统50包括可剥离性密封结构10和容器段54的密封开口52。可剥离性密封结构10的外周部分置于容器段54的衬底段56上并与其接触。图4B提供包含多个杯状容器的泡罩包装系统的横截面示意图。泡罩包装系统60包括可剥离性密封结构12和容器段66, 68的密封开口62, 64。可剥离性密封结构12的一部分置于容器段66, 68的衬底段70, 72上并与其接触。
本发明的各种实施方案的可剥离性密封层12包括无机添加，如碳酸钙。该碳酸钙包含许多颗粒。在一个改进方案中，该颗粒具有0.5微米至20微米的平均直径。在另一改进方案中，该颗粒具有0.7微米至10微米的平均直径。在又一改进方案中，该颗粒具有0.7微米至3微米的平均直径。碳酸钙可以是天然碳酸钙、通过表面处理（例如硬脂酸涂布）活化的碳酸钙或沉淀碳酸钙。
本发明的各种实施方案的可剥离性密封层12包括有机粘土。有机粘土基于有机表面改性的粘土。可用的粘土的实例是天然或合成层状氧化物，包括，但不限于，膨润土、高岭石、蒙脱土-蒙脱石、锂蒙脱石、氟锂蒙脱石、皂石、贝得石、绿脱石、伊利石粘土及其组合。该有机粘土通常用有机鎓离子或鏻离子表面改性。鎓离子可以是质子化的伯、仲、叔胺或季铵离子(R4N)+。
美国专利No. 5,780,376、5,739,087、6,034,163和5,747,560提供可用于实施本发明的有机粘土的具体实例。这些专利各自的整个公开内容经此引用并入本文。在本发明的一个改进方案中，有机粘土以热塑性聚合物、有机粘土和附加无机添加剂的总重量的1重量%至20重量%的量存在。在本实施方案的另一改进方案中，有机粘土以热塑性聚合物、有机粘土和附加无机添加剂的总重量的2重量%至10重量%的量存在。
该有机粘土通常包含许多颗粒。这些离散颗粒可通过许多方法，最优选通过被称作离子交换的公知方法（其将粘土从亲水转化成疏水有机粘土并分离各层，以产生通过进一步加工保持分离的颗粒）由更大的物料生成。随后将来自这种方法的有机粘土引入聚合物中并进一步分离成剥离型粘土。在一个变体中，该有机粘土包含具有至少一个小于200纳米的空间尺寸的许多颗粒。在另一变体中，该有机粘土包含具有至少一个小于100纳米的空间尺寸的许多颗粒。在另一变体中，该有机粘土包含具有至少一个小于50纳米的空间尺寸的许多颗粒。在再一变体中，该有机粘土包含具有大于或等于1纳米的空间尺寸的许多颗粒。在再一变体中，该有机粘土包含具有大于或等于5纳米的空间尺寸的许多颗粒。在另一变体中，该有机粘土包含具有至少20埃的平均间距的片层。在再一变体中，该有机粘土包含具有至少30埃的平均间距的片层。在再一变体中，该有机粘土包含具有至少40埃的平均间距的片层。通常，在与热塑性聚合物混合之前，该有机粘土包含具有20至45埃的平均间距的片层。有利地，在与热塑性聚合物混合时，该有机粘土保持完全或部分剥离状态以保持、降低或提高平均间距。在本实施方案的一个变体中，该有机粘土具有大于100平方米/克的表面积和大于10的纵横比是有用的。在一个改进方案中，该有机粘土片层具有大约50至大约1000的平均纵横比。
如上所述，可剥离性密封层12还包括热塑性聚合物。合适的热塑性聚合物包括，但不限于，尼龙、聚烯烃、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯及其混合物。在一个变体中，该热塑性聚合物包含选自聚乙烯、聚丙烯、乙烯乙酸乙烯酯、乙烯丙烯酸、乙烯丙烯酸乙酯、乙烯离聚物（例如可获自E.I. du Pont de Nemours and Company的Surlyn®系列树脂）及其组合的组分。聚烯烃是本发明的实践中特别有用的热塑性聚合物。在一个变体中，聚烯烃选自乙烯、丙烯、乙酸乙烯酯及其组合的均聚物和共聚物。乙烯乙酸乙烯酯（"EVA"）和聚烯烃与乙烯乙酸乙烯酯（"EVA"）共聚物的共混物被发现特别可用于形成可剥离性封口，尤其是当添加剂是有机粘土时。EVA是乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物。EVA中乙酸乙烯酯的量为3至40重量%。乙酸乙烯酯的量的示例性实例是4%、5.5%、6%、18%和33%。还应认识到，附加层（例如上文关于式1-6阐述的层L1-Ln、L'1-L'n'、Lf）可以由密封层中所含的相同热塑性纯聚合物形成。
本发明的各种实施方案的容器段由用于包装的几乎任何材料形成。这样的材料包括，但不限于，纸或纸板、金属箔、聚合片、镀金属或以其它方式涂布的聚合片及其组合。更具体实例包括由粘合层合、挤出层合、共挤出或涂布法制成的取向或非取向聚酯、取向或非取向聚丙烯、取向或非取向尼龙及其组合。这些材料各自可以涂布或未涂布。可用的涂料的实例包括，但不限于，清漆、涂漆（lacquers）、粘合剂、油墨和阻隔材料（即PVDC）。可用于包装医疗器材的材料包括高密度聚烯烃。Tyvek®（由可购自Dupont, Inc.的高密度聚乙烯纤维制成的合成材料）是用于包装医疗器材的此类材料的一个实例。
在上述包装系统的一个变体中，该包装系统被观察到具有有利地高到实现改进的加工效率的热导率。通常，该包装系统具有大约0.40 w/m*K至大约10 w/m*K的热导率。在一个改进方案中，该包装系统具有高于大约0.40 w/m*K的热导率。在另一改进方案中，该包装系统具有高于0.60 w/m*K的热导率。在再一改进方案中，该包装系统具有高于大约0.80 w/m*K的热导率。通常，该包装系统具有小于大约10 w/m*K的热导率。
在本发明的再一实施方案中，提供形成上述包装系统的方法。参照图5，提供图解这一实施方案的方法的图。在步骤a)中将热塑性聚合物("TP")与有机粘土("OC")和无机添加剂碳酸钙("CC")混合以形成有机粘土/碳酸钙-聚合物复合材料（"OC/CCB"）。在一个变体中，这一过程在挤出机80中进行。然后通过在步骤b)中由该有机粘土/碳酸钙-聚合物复合材料从模头82挤出，形成密封层12。在一个变体中，通过由附加挤出机（如挤出机90）向模头82提供材料，形成附加层。在本实施方案的一个改进方案中，热塑性聚合物和有机粘土/碳酸钙在混合机84中预混，然后引入挤出机80中。通常，密封层12与一个或多个附加层14、16、18、19（如图1A-E中所示）一起形成或形成到一个或多个附加层14、16、18、19上。然后在步骤c)中形成打开的包装系统20。这种方法可包括密封侧边以制造图2-4的袋结构的步骤。在一个变体中，在步骤b)的过程中形成打开的包装系统20。
在本实施方案的一个变体中，通过将有机粘土母料和碳酸钙母料与纯聚合物混合，将热塑性聚合物与有机粘土和无机添加剂，如碳酸钙合并。在一个变体中，该碳酸钙母料包含碳酸钙和一部分热塑性聚合物。在一个改进方案中，该碳酸钙母料通常包括10至80重量%碳酸钙。在另一变体中，该有机粘土母料包含有机粘土和至少一部分热塑性聚合物。在一个改进方案中，该母料通常包括10至80重量%有机粘土。
碳酸钙的热导率是公知的（Roussel等人"The use of calcium carbonate in polyolefins offers significant improvement in productivity'", TAPPI 2005）。碳酸钙的热导率为2.7 W/(m*K)且对于纯聚烯烃，通常小于0.5 W/(m*K)。将碳酸钙引入密封剂配方中提供了快速加热和熔融聚合物树脂的能力。另一方面，粘土具有高储热能力。其倾向于更久保持热量。有机粘土和碳酸钙的组合提供协同效应并有利于快速熔融密封剂且缓慢冷却，这为聚合物共混物流动和嵌塞通道留出时间，并提供改进的可嵌缝性。
通过能由热塑性组合物制造层或膜的任何方法实现形成密封层12的步骤。这样的方法的实例包括，但不限于，挤出、共挤出、挤出涂布、吹塑、流延、挤出吹塑和膜吹塑。
仍参照图5，本实施方案的方法任选进一步包括将物体40置于打开的包装系统20内（步骤d）。通常，物体40位于容器段22内。在将物体40置于容器段22内后，在步骤e)的过程中使密封层12与密封衬底（即密封结构10'）接触以形成封口。可以通过本领域中已知的各种密封方法实现密封。实例包括，但不限于，传导热封、超声密封、脉冲热封和感应密封。
下列实施例例示本发明的各种实施方案。本领域技术人员会认识到在本发明的精神和权利要求书的范围内的许多变体。
实施例1
含有有机粘土和碳酸钙的密封剂的对比
制备五层膜以含有HDPE/LLDPE/LLDPE/粘结层/密封剂层。密封剂层在聚乙烯（ExxonMobil的Exact 3131）和EVA（Celanese Corporation的Ateva 1811，含有18%乙酸乙烯酯）的共混物中含有10.4重量%碳酸钙且不含有机粘土。CaCO3母料（CCMB）是含有大约80重量% CaCO3的专利配方。CCMB由Heritage Plastics以商品名HM-10 MAX（熔体流动指数1.40 g/10 min, 密度1.92 g/cm3）制造。将这种膜与具有有机粘土密封剂层且没有碳酸钙的第二膜（膜1）进行比较。这种膜在专利US 2008/0118688 A1，图7A中作为5%粘土论述。该有机粘土母料（OCMB）是PolyOne以商品名EXP MB 231-615制造的含有大约60重量%有机粘土的专利配方。在Lako SL-10上测试剥离力。这种膜在扁平（flat）密封条上用35 psi的压力、0.33秒停留时间和20秒冷却时间翅到翅（fin to fin）密封。图6提供由这两种膜形成的封口的剥离力 vs 温度的曲线图。含有碳酸钙密封剂的膜在190℉下密封时可用6.3 lb/in的剥离力剥离。随着密封温度提高至205℉，封口在密封位置熔接并且无法剥离开；一些膜在剥离过程中在封口边缘破裂。由于膜不可剥离，测得的力不精确代表剥离力。为了绘制曲线图，记录3000 g/in (6.8 lb/in)的剥离力。在含有有机粘土/碳酸钙的密封剂组合物的情况下，该封口如图6中所示在190℉至260℉的宽密封温度范围内可剥离。
实施例2
含有有机粘土与碳酸钙的共混物的密封剂
制备膜样品2、3、4、5和6以用于测试。它们是含有HDPE/LLDPE/LLDPE/粘结层/密封剂层的五层膜。配制这些膜的密封剂共混物以含有不同的有机粘土/碳酸钙比率。膜2含有78重量% EVA（18%乙酸乙烯酯，Ateva 1811，Celanese Corporation）、10重量%金属茂LLDPE（Exact 3131）、6重量% OCMB和6重量% CCMB。该OCMB含有大约60重量%有机粘土并以商品名EXP MB 231-615购自PolyOne。CCMB以商品名HM-10 MAX（熔体流动指数1.40 g/10 min, 密度1.92 g/cm3）得自Heritage Plastics。
膜3的密封剂配方含有6重量% OCMB和13重量% CCMB、71重量% EVA（18%乙酸乙烯酯，Ateva 1811，Celanese Corporation）、10重量%金属茂LLDPE（Exact 3131）。在膜4的密封剂配方中，将OCMB载量提高至10重量%且CCMB载量不变，为6重量%，还有74重量% EVA（18%乙酸乙烯酯，Ateva 1811，Celanese Corporation）和10重量%金属茂LLDPE（Exact 3131）。对于膜5，将密封剂配方中的OCMB载量进一步提高至13重量%且CCMB载量不变，为6重量%，还有71重量% EVA（18%乙酸乙烯酯，Ateva 1811，Celanese Corporation）和10重量%金属茂LLDPE（Exact 3131）。膜6的密封剂共混物由高载量的OC和CC以及13重量% OCMB、12重量%CCMB、65重量% EVA（18%乙酸乙烯酯，Ateva 1811，Celanese Corporation）和10重量%金属茂LLDPE（Exact 3131）构成。
图7提供由具有不同的有机粘土（OC）/碳酸钙（CC）比率的这些组合物制成的封口的剥离强度 vs 密封温度的曲线图。在6重量% OCMB下，膜2和3具有窄可剥离范围并随着密封温度提高而逐渐变得不可剥离。当OCMB载量提高至10重量%（膜4）时，可剥离范围变宽且该膜在265℉以下可剥离。当OCMB的重量%进一步提高至13%或更高时，膜5和6在190℉至265℉的整个密封范围内提供可剥离性。此外，图7清楚显示，有机粘土/碳酸钙的一些组合在宽密封温度范围内产生可剥离性封口，而另一些不能。
实施例3
含有OC和CC的密封剂共混物中CCMB的更高载量
用可剥离性密封剂配方的有机粘土和碳酸钙组合的更多变量制备附加的试验膜。膜构造成含有HDPE/粘结层/Nylon/粘结层/密封剂的五层结构。表1列举详细的密封剂层配方，图8绘制在密封温度内的密封力。
表1
Figure 2012800114355100002DEST_PATH_IMAGE001
这一系列中的所有膜具有在1至5 lb/in的易开范围内的剥离力。在密封剂共混物中含有10% OCMB和12% CCMB的膜8具有大约3 lb/in至4.5 lb/in的剥离力范围。膜9的密封剂共混物具有与膜8相同的OCMB载量，但CCMB载量提高至15重量%。剥离力从膜8的3至4.5 lb/in降至膜9的大约1.5至3 lb/in范围。在使OCMB保持在10重量%的同时，将CCMB提高至15重量%（膜9），剥离力充分落在可剥离范围内。膜10含有12% OCMB和20% CCMB。如图9中所述，观察到膜10的剥离曲线在190℉至265℉的密封温度下几乎平坦。
实施例4
含有OC和CC的密封剂共混物中更高载量的mLLDPE
制备五层膜HDPE/粘结层/尼龙/粘结层/密封剂。这些膜的细节列在表2中。制备样品11以与样品8比较。样品13和12提供证明mLLDPE的较高重量%的作用及其对剥离力的影响的附加结果。mLLDPE的高载量（对膜11和8而言34% vs. 10%；和对膜13和12而言24% vs. 10%）导致在较低温度范围下的密封力降低，并且不可能实现优质密封。这种高mLLDPE载量要求将密封起始温度（SIT）提高至220℉，这是不利的。图9显示剥离力 vs. 密封温度。
表2
膜# EVA OCMB CCMB LLDPE
8 68% 10% 12% 10%
11 44% 10% 12% 34%
12 74% 13% 3% 10%
13 60% 13% 3% 24%
实施例5
含OC和CC的密封剂的老化效应
现有聚丁烯（PB-1）基密封剂的形成易打开封口的能力是公知的。已经描述了PB-1基密封剂的老化效应（Charles Hwo, "Polybutylene Blends as Easy Open Seal Coats for Flexible Packaging and Lidding," EFFECT J PLASTIC FILM AND SHEETING, 1987 v3, 245）。在老化过程中，PB-1在环境温度和压力下在2-3天内经过从熔体稳定的II型晶体到I型晶体的相转变。在相转变过程中，结晶度逐渐提高并造成更高剥离力。
为了检查含有OC和CC的密封剂的老化效应，密封该膜并在老化后测试。在老化样品上的测试同一天，作为对照，新密封一组膜并测试剥离力。将该膜切成1英寸条并在平夹具（flat jaw）处以220℉的上夹具温度和220℉的下夹具和0.3秒的停留时间密封，密封剂对密封剂。在Instron拉伸试验机上使用100 lb测力计以12 in/min的十字头速度进行剥离力的测试。表3概括这一试验的剥离力结果。
表3 在老化1周后的剥离力
由于聚丁烯基密封剂在老化时具有提高的剥离力，含有OC的密封剂和OC/CC基密封剂没有表现出剥离力的任何提高。在老化1周后，OC和OC/CC的剥离力略微降低，其类似于新密封的样品，因为差值在此在实验误差内。
实施例6
可嵌缝性和流变学测试
密封剂的最重要功能之一是保持包装的完整性。功能密封剂应具有良好的热封强度、低起始温度并能通过在实际包装环境中存在的折叠、污染物和褶皱完整密封。测试挠性包装的完整性能够更好预测“实际寿命”性能。表征密封剂的这种性能的一种方式是密封剂树脂的"可嵌缝性"。
通常，表现出良好可嵌缝性的材料能够防止密封过程中任何活塞流（plug-flow）的反冲。在流变学上，在较低实验频率（较长实验时间）下具有固体状特性（弹性储能倾向）的材料表现出这种行为。EVA/LLDPE/OC/CC的密封剂组合物被发现表现出这样的特性。
对可嵌缝性的试验方法之一显示在图10和图11中。将单层密封剂膜或带有密封剂外层的多层包装膜成形为3边密封、1边未密封的正方形3"x3"封袋。将一个0.25"宽的矩形“障碍物”插在开口（未密封）侧的中部并跨越该障碍物压出（forced across the obstacle）平的热封线（用高度从0.25密尔增加至35密尔的障碍物对相同密封剂的多个封袋进行这一研究；所有封口用工业相关的封口机，例如脉冲封口机、平板封口机等在相同条件下制造）。为了这一研究，使用高度为0.25密尔至35密尔不等的刚性矩形障碍物，如聚酰亚胺带（kapton-tape）或铜带，以模仿实践中的刚性障碍物，如食物颗粒、拉链、成形为三角片的褶皱和折叠，如食物颗粒、拉链等。更优选使用具有0.25密尔至35密尔的不同高度的挠性聚乙烯基矩形障碍物，以模仿实践中的包装材料障碍物，如褶皱、折叠、三角片等。如果紧邻障碍物形成未密封区（泄漏部（leaker）），测量其面积。由进行的测量，使用两种量度量化密封剂的嵌缝能力（或嵌缝质量）。第一量度是可完美（气密）包封（sealed-over）的矩形障碍物的最大高度，在下文中被称作“极限完美密封厚度”；第二量度是相对于障碍物高度的提高，泄漏部面积的提高率，在下文中被称作“泄漏部增长率”。按定义，在比较两种密封剂时，具有较好嵌缝能力的密封剂以较大的极限完美密封厚度和较小的泄漏部增长率为特征。
参照图10，嵌缝试验方法在密封区附近用扁平线引入间隙以模拟热封过程中的污染物。通过在膜102，104的密封过程中使用一定厚度的扁平线100引入间隙，使用光学显微术测量未密封面积106。如图10中所示，在该间隙的边缘难以密封。因此，未密封面积106位于从扁平线100的边缘108至密封区112的边缘110。未密封面积的较低读数代表较好的可嵌缝性和提高的提供气密密封的能力。这种试验的结果取决于许多参数，如密封剂厚度和密封温度/压力。在不同污染物厚度下评估各样品的若干试样。在比较不同密封剂配方时使用相同密封剂层厚度进行试验。在如图11中所示的未密封面积 vs. 污染物厚度的曲线图中，可以由斜率和完美密封的极限污染物厚度测定可嵌缝性参数。极限完美密封厚度是通过将该曲线外推至0未密封面积而计算出的未密封面积为0时的污染物厚度。在该图中，作为污染物厚度的函数绘制未密封面积。污染物厚度是该扁平线的厚度。该数据通过线性回归拟合（例如最小二乘法拟合），嵌缝斜率是该拟合线的斜率。极限密封厚度是未密封面积为0时的污染物厚度。图12A提供几种配方的曲线图。图12B显示不同样品的嵌缝斜率。为了理解这一数据的范围，与有机粘土和碳酸钙样品一起测试对照样品。可比样品包括Surlyn 1601和Surlyn/EVA共混物。
如上所述，嵌缝斜率越低，嵌缝性越好。在不存在有机粘土时，Surlyn具有最佳嵌缝。在密封剂配方中加入有机粘土时，含有有机粘土的所有样品都表现出与Surlyn类似的（如果不是更好的）可嵌缝性。对于结合有机粘土与碳酸钙的系统，所有共混物都具有比仅含有机粘土的膜好的嵌缝性和比Surlyn好的嵌缝性。这些共混物表明有机粘土与碳酸钙之间的协同效应，这有助于产生表现更好的密封剂。
也通过线性振荡流变测试评估样品。首先在1 rad/s的频率下进行应变扫描试验以测定线性粘弹性区。随后，在该线性粘弹性区内的应变下进行从100至0.1 rad/s的振荡流变频率扫描试验。在RDS II流变仪中使用25 mm直径的平行板在氮气气氛下进行所有流变试验。在四种不同温度：130℃、160℃、190℃和220℃下获取数据，随后使用时间-温度叠加（t-TS）原理转换以形成在130℃的参考温度下的简化曲线。
在这样的实验中，由G'和G" vs 约化频率（reduced frequency）（ω*aT）的曲线图评估类固体行为。该系统在ω下的粘弹性行为通过储能模量或弹性模量G'(ω)和损耗模量或粘性模量G"( ω)表征，它们分别表征对测得的应力响应的类固体和类流体贡献。使用这两个粘弹性参数检测类固体行为和弛豫时间（G'和G"交点的倒数）和在极低ω*aT（频率）值下的G' vs ω*aT曲线斜率。较高弛豫时间（或较低斜率）倾向于造成提高的类固体特性，恢复高弹性固相储能，和因此更好的嵌缝性。图13A和B提供许多组合物的G'和G" vs 频率（ω*aT）的曲线图。所有CC/OC复合材料的流变响应类似，但相当不同于仅含OC的密封剂。对于CC/OC密封剂，G'在极低频率下几乎不依赖于频率，这与类固体行为（更好的嵌缝性）相关联。在表4和图14中提供这些曲线图的结果。由于在所有样品中都没有检测G'和G"交点，使用参数G'/aTω评估与可嵌缝性的相关性。
表4. 流变学结果
在130℃下的G'G''交点弛豫时间（s） 流动活化能（KJ/mol） 斜率（G'/aTω）
EVA (Ateva1811) 0.66 57.7 0.71
Surlyn 1601 0.33 68.9 0.71
膜OC 0.26 53.3 0.67
膜7 - 54.8 0.16
膜8 - 46.4 0.22
膜9 - 41.9 0.25
膜10 - 56.3 0.20
可嵌缝性和流变参数之间的相关性
图14A提供各种样品的嵌缝斜率 vs G'/aTω的比率的曲线图。较低G'/aTω值对应于较高的类固体行为和较好可嵌缝性以及较高储能。图14B提供各种样品的极限密封厚度 vs G'/aTω的比率的曲线图。据观察，OC/CC样品具有最好嵌缝性，纯聚合物共混物具有最差嵌缝性。
图15提供密封剂的嵌缝斜率和G'/aTω值的曲线图。G'/aTω和嵌缝斜率的较低值对应于较大的类固体行为。OC/CC样品具有该组合物的最佳行为，纯聚合物共混物具有最差行为。类似地，就“极限完美密封厚度”而言，OC/CC样品表现出最佳行为，而纯聚合物共混物表现出最差行为。
实施例7
热导率评估
使用差示扫描量热法（DSC）评估含有OC和CC的密封剂的热导率。挤出不同密封剂共混物的丸粒并注射成型为试验条。从试验条上切割大致4毫克大小的小样品并包封在标准DSC盘中。用TA Instruments Q100设备进行DSC。在试验之前，进行10℃/分钟的加热周期以消除该共混物的热史。在30℃至160℃之间的加热-冷却-加热实验的三个相继周期中以多种加热和冷却速率进行试验。第一周期以5℃/分钟的速率进行，第二周期以10℃/分钟的速率进行，第三周期以20℃/分钟的速率进行。如图16中所示，DSC扫描含有来自具有一个结晶区的EVA的信号，LLDPE表现出两个结晶区，由放热峰表示。EVA/LLDPE/OC和EVA/LLDPE/OC+CC样品都表现出两个结晶区：在80℃附近的与EVA和LLDPE共聚单体相关的大和宽熔融峰和在120℃附近的与LLDPE对应的较小和较尖锐峰。报道来自这一测量的热导率。
热导率是在单位条件下，在与单位面积的表面垂直的方向上，由于单位温度梯度而传递的热量。其作为经过距离（米）和温度梯度（开尔文）的热流量（瓦特）测量并以瓦特/(米*开尔文)为单位报道，简写为k(w/m*K)。表5列举在使用仅含LLDPE、仅含OC、仅含CC和含有OC/CC的不同组合的密封剂的膜上的热导率。仅含LLDPE、仅含OC或仅含CC的密封剂配方具有0.34至0.40_w/m*K的热导率。当OC和CC都存在于密封剂配方中时，热导率显著提高至0.80至1.00 w/m*K的范围。这带来大约大于100%的改进。其清楚证实，OC与CC的组合提供协同效应，因此与仅含CC或OC的密封剂相比提供高得多的热导率提高。
表5: 通过DSC测得的热导率
k/(w/m*K)
仅LLDPE 0.40
仅OC 0.40
仅CC 0.34
膜2 0.80
膜3 0.82
膜7 1.00
膜8 0.83
尽管已经例示和描述了本发明的实施方案，但这些实施方案无意例示和描述本发明的所有可能的形式。相反，说明书中所用的词语是描述性而非限制性词语，要理解的是，可以在不背离本发明的精神和范围的情况下做出各种变动。

Claims (45)

1. 具有可剥离性密封段的包装系统，所述可剥离性密封段包括第一密封层和第二密封层以使第一密封层接触第二密封层以形成可剥离性封口，第一密封层包含：
热塑性聚合物；
分散在所述热塑性聚合物内的有机粘土；和
分散在所述热塑性聚合物内的附加无机添加剂组分，如碳酸钙，其中所述有机粘土和所述碳酸钙的总重量为所述热塑性聚合物和所述有机粘土和所述碳酸钙的总重量的大约10重量%至大约35重量%，所述有机粘土以所述热塑性聚合物和所述有机粘土和所述碳酸钙的总重量的5重量%至20重量%的量存在，且所述碳酸钙以所述热塑性聚合物和所述有机粘土和所述碳酸钙的总重量的6重量%至25重量%的量存在，所述可剥离性封口具有每英寸密封宽度0.5 lb至5 lb的剥离力。
2. 权利要求1的包装系统，其中所述热导率为大约0.40 w/m*K至大约10 w/m*K。
3. 权利要求1或2的包装系统，其中所述碳酸钙包含具有0.5微米至10微米的平均直径的许多颗粒。
4. 前述权利要求任一项的包装系统，其中所述添加剂组分进一步包含表面处理剂。
5. 前述权利要求任一项的包装系统，其中所述可剥离性封口具有小于大约0.0032的嵌缝斜率。
6. 前述权利要求任一项的包装系统，其中所述可剥离性封口具有大约0.0026至大约0.0032的嵌缝斜率。
7. 前述权利要求任一项的包装系统，其中所述可剥离性封口具有5至300微米的极限完美密封厚度。
8. 前述权利要求任一项的包装系统，其中所述密封表面在可剥离性密封温度范围内的所有温度下可形成为可剥离性封口，所述可剥离性密封温度范围为从密封起始温度至比所述密封起始温度高至少100℉的温度。
9. 权利要求8的包装系统，其中所述密封起始温度为大约170℉至大约420℉。
10. 前述权利要求任一项的包装系统，其中所述有机粘土包含具有至少一个小于200纳米的空间尺寸的许多颗粒。
11. 前述权利要求任一项的包装系统，其中所述有机粘土包含具有至少20埃的平均间距和大约50至大约1000的平均纵横比的片层。
12. 前述权利要求任一项的包装系统，其中所述有机粘土包含选自膨润土、高岭石、蒙脱土-蒙脱石、锂蒙脱石、氟锂蒙脱石、皂石、贝得石、绿脱石、伊利石粘土及其组合的粘土。
13. 前述权利要求任一项的包装系统，其中所述热塑性聚合物包含选自尼龙、聚烯烃、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、乙烯共聚物、丙烯共聚物、乙烯乙酸乙烯酯及其混合物的组分。
14. 权利要求1至12任一项的包装系统，其中所述热塑性聚合物包含选自聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯酸、乙烯丙烯酸乙酯、乙烯离聚物及其组合的组分。
15. 权利要求1至12任一项的包装系统，其中所述热塑性聚合物包含乙烯乙酸乙烯酯。
16. 包装系统，其包含：
容器段；和
连接至所述容器段的可剥离性密封段，所述可剥离性密封段包括第一密封层和第二密封层以使第一密封层接触第二密封层以形成可剥离性封口，第一密封层包含：
热塑性聚合物；
分散在所述热塑性聚合物内的有机粘土；和
分散在所述热塑性聚合物内的包含碳酸钙的无机添加剂组分，其中所述有机粘土和所述碳酸钙的总重量为所述热塑性聚合物和所述有机粘土和所述碳酸钙的总重量的大约10重量%至大约35重量%，所述有机粘土以所述热塑性聚合物和所述有机粘土和所述碳酸钙的总重量的5重量%至20重量%的量存在，且所述碳酸钙以所述热塑性聚合物和所述有机粘土和所述碳酸钙的总重量的6重量%至20重量%的量存在，第一密封层包括密封表面，所述可剥离性封口具有每英寸密封宽度0.5 lb至5 lb的剥离力。
17. 权利要求16的包装系统，其中所述碳酸钙包含具有0.5微米至10微米的平均直径的许多颗粒。
18. 权利要求16或17的包装系统，其中所述添加剂组分进一步包含表面处理剂。
19. 权利要求16至18任一项的包装系统，其中所述可剥离性封口具有小于大约0.003的嵌缝斜率和大于大约5微米的极限密封厚度。
20. 权利要求16至19任一项的包装系统，其中所述有机粘土包含具有至少一个小于200纳米的空间尺寸的许多颗粒。
21. 权利要求16至20任一项的包装系统，其中所述有机粘土包含选自高岭石、蒙脱土-蒙脱石粘土、膨润土粘土、伊利石粘土及其组合的粘土。
22. 权利要求16至21任一项的包装系统，其中所述热塑性聚合物包含选自尼龙、聚烯烃、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、乙烯共聚物、丙烯共聚物、乙烯乙酸乙烯酯及其混合物的组分。
23. 权利要求16至22任一项的包装系统，其进一步含有包含在其中的食品。
24. 权利要求16至22任一项的包装系统，其进一步含有包含在其中的部件，所述部件选自灭菌物体、电子部件和个人卫生产品。
25. 权利要求16至24任一项的包装系统，其中所述容器段具有选自泡罩、托盘、包、袋及其组合的形状。
26. 具有可剥离性密封段的包装系统，所述可剥离性密封段包含
具有式1的密封结构：
L1/...../Ln /P (1)
其中P是第一密封层, L1至Ln是所述密封层设置于其上的支承基底内的层，n是代表所述支承基底中的层数的整数；
衬底，以使第一密封层接触所述衬底以形成可剥离性封口，第一密封层包含：
热塑性聚合物；
分散在所述热塑性聚合物内的有机粘土；和
分散在所述热塑性聚合物内的包含碳酸钙的无机添加剂组分，其中所述有机粘土和所述碳酸钙的总重量为所述热塑性聚合物和所述有机粘土和所述碳酸钙的总重量的大约10重量%至大约35重量%，所述有机粘土以所述热塑性聚合物和所述有机粘土和所述碳酸钙的总重量的5重量%至20重量%的量存在，且所述碳酸钙以所述热塑性聚合物和所述有机粘土和所述碳酸钙的总重量的6重量%至20重量%的量存在，所述可剥离性封口具有每英寸密封宽度0.5 lb至5 lb的剥离力。
27. 权利要求26的包装系统，其中n是1至10的整数。
28. 权利要求26或27的包装系统，其中所述碳酸钙包含具有0.5微米至10微米的平均直径的许多颗粒。
29. 权利要求26至28任一项的包装系统，其中所述可剥离性封口具有大约0.0026至大约0.0032的嵌缝斜率。
30. 权利要求26至29任一项的包装系统，其中所述有机粘土包含具有至少一个小于200纳米的空间尺寸的许多颗粒。
31. 权利要求26至30任一项的包装系统，其中所述有机粘土包含具有至少20埃的平均间距和大约50至大约1000的平均纵横比的片层。
32. 权利要求26至31任一项的包装系统，其中所述有机粘土包含选自高岭石、蒙脱土-蒙脱石粘土、膨润土粘土、伊利石粘土及其组合的粘土。
33. 权利要求26至32任一项的包装系统，其中所述热塑性聚合物包含选自尼龙、聚烯烃、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、乙烯共聚物、丙烯共聚物、乙烯乙酸乙烯酯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯酸、乙烯丙烯酸乙酯、乙烯乙酸乙烯酯、乙烯离聚物及其组合的组分。
34. 权利要求26至33任一项的包装系统，其中层L1-Ln包含热塑性聚合物。
35. 权利要求34的包装系统，其中所述热塑性聚合物包含选自尼龙、聚烯烃、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、乙烯共聚物、丙烯共聚物、乙烯乙酸乙烯酯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯酸、乙烯丙烯酸乙酯、乙烯乙酸乙烯酯、乙烯离聚物及其组合的组分。
36. 具有可剥离性密封段的包装系统，所述可剥离性密封段包含
具有式2的密封结构：
L1/....../Ln/P/Lf (2)
其中P是第一密封层，L1至Ln代表所述密封层设置于其上的支承基底内的层，Lf 是设置于第一密封层上的附加层，且n是代表所述支承基底中的层数的整数；
衬底，以使第一密封层接触所述衬底以形成可剥离性封口，第一密封层包含：
热塑性聚合物；
分散在该热塑性聚合物内的有机粘土；和
分散在所述热塑性聚合物内的包含碳酸钙的无机添加剂组分，其中所述有机粘土和所述碳酸钙的总重量为所述热塑性聚合物和所述有机粘土和所述碳酸钙的总重量的大约10重量%至大约35重量%，所述有机粘土以所述热塑性聚合物和所述有机粘土和所述碳酸钙的总重量的5重量%至20重量%的量存在，且所述碳酸钙以所述热塑性聚合物和所述有机粘土和所述碳酸钙的总重量的6重量%至20重量%的量存在，所述可剥离性封口具有每英寸密封宽度0.5 lb至5 lb的剥离力。
37. 权利要求36的包装系统，其中n是1至10的整数。
38. 权利要求36或37的包装系统，其中所述碳酸钙包含具有0.5微米至10微米的平均直径的许多颗粒。
39. 权利要求36至38任一项的包装系统，其中所述可剥离性封口具有大约0.0026至大约0.0032的嵌缝斜率。
40. 权利要求36至39任一项的包装系统，其中所述有机粘土包含具有小于200纳米的空间尺寸的许多颗粒。
41. 权利要求36至40任一项的包装系统，其中所述有机粘土包含具有至少20埃的平均间距和大约50至大约1000的平均纵横比的片层。
42. 权利要求36至41任一项的包装系统，其中所述有机粘土包含选自高岭石、蒙脱土-蒙脱石粘土、膨润土粘土、伊利石粘土及其组合的粘土。
43. 权利要求36至42任一项的包装系统，其中所述热塑性聚合物包含选自尼龙、聚烯烃、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、乙烯共聚物、丙烯共聚物、乙烯乙酸乙烯酯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯酸、乙烯丙烯酸乙酯、乙烯乙酸乙烯酯、乙烯离聚物及其组合的组分。
44. 权利要求36至43任一项的包装系统，其中层L1-Ln包含热塑性聚合物。
45. 权利要求44的包装系统，其中所述热塑性聚合物包含选自尼龙、聚烯烃、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、乙烯共聚物、丙烯共聚物、乙烯乙酸乙烯酯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯酸、乙烯丙烯酸乙酯、乙烯乙酸乙烯酯、乙烯离聚物及其组合的组分。
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