CN103619577A - 材料组合物、层压管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种材料组合物，其包括：高密度聚乙烯，乙烯-乙烯醇，和至少一种相容剂，其中所述材料组合物包含片状颗粒。本发明进一步涉及一种层压管，其包括：体部、颈部和管肩，其中所述管肩由材料组合物构成，所述材料组合物包含：高密度聚乙烯，乙烯-乙烯醇，和至少一种相容剂，其中所述材料组合物包含片状颗粒。本发明还涉及一种由材料组合物制成的管肩，所述材料组合物包括：高密度聚乙烯，乙烯-乙烯醇，和至少一种相容剂，其中所述材料组合物包含片状颗粒。本发明进一步涉及一种材料组合物的制备方法，其包括：在双螺杆挤出机中配混高密度聚乙烯、乙烯-乙烯醇和至少一种相容剂，以得到所述材料组合物，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
Description
技术领域
本公开涉及适合制造用于层压管肩或者管体的材料组合物，管肩和具有所述管肩的层压管，和制造这种材料组合物和管肩的方法。本公开的材料组合物赋予所述管肩改进的阻隔性能。
背景技术
管是用于包装稠液体如牙膏、洗剂、霜剂和凝胶剂等的柔软的可挤压的容器。此外，这种包装管需要保存其内容物的性质。为此，层压材料可用于制造包装管如层压管。层压材料是形成层压管的管体的复合材料。该层压材料通常由几层聚合物层与嵌入聚合物层之间的阻挡层组成。该阻挡层限制气体、蒸汽、香气等通过所述管体。以这种方式，可以将管体成型为具有所希望的阻隔性能的多层结构。
与由一片挤出的铝管不同，在层压管中管肩必须单独制作并连接到管体。有时，在芯轴上将预成形的肩进给至层压管，然后熔合到管体的顶部边缘。其他选择是使用注射或压缩成型以将肩熔合到管体。不同于管体，管肩不能很容易地成型为多层结构，这是由于其复杂的形状和其分开的制造工艺。管肩通常不具有所希望的阻隔性能，因此由于氧气、水分、香气、风味等通过管肩而难于保护层压管内部的内容物。
US专利号5,372,863公开了一种具有阻隔性能改进的肩的层压管容器，特征在于所述肩包括由以下组成的材料：（A）0-50wt％的聚乙烯，（B）10-50wt％的乙烯-乙烯醇共聚物和（C）10-90wt％的羧酸改性的粘合剂聚乙烯树脂。所述层压管可用作用于牙膏、药品、饮料和粘合剂的容器。然而，所述层压管的聚乙烯含量较少，没有赋予良好的阻隔性能，此外在聚乙烯中的乙烯-乙烯醇的配置是常规的，从而进一步劣化层压管的阻隔性能。
因此，需要具有改进的阻隔性能的用于层压管肩的材料。
发明内容
该概述用于介绍与具有改进的阻隔性能的层压管相关的概念。该组合物可用于管肩或管体中。该概述还提供了一种制造这种管肩的方法，这在下面的详细描述中进一步说明。
本公开涉及一种材料组合物，其包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的至少一种相容剂，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
本公开进一步涉及层压管，其包括：体部、颈部和管肩，其中所述管肩由材料组合物构成，所述材料组合物包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的至少一种相容剂，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
本公开还涉及一种用于制备材料组合物的方法，其包括：在双螺杆挤出机中配混50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE）、30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH）和10％至20％（w/w）的至少一种相容剂，以得到材料组合物，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
本公开进一步涉及由材料组合物构成的管肩，所述材料组合物包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的至少一种相容剂，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
参照下面的描述，本主题的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。该陈述是以简化的形式介绍概念的选择。这种陈述并非意在确定本主题的关键特征或基本特征，也不是意在用于限制本主题的范围。
具体实施方式
本公开提供一种材料组合物，其包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的至少一种相容剂，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
与由常规材料组合物构成的管肩相比，由本公开的材料组合物构成的管肩具有改进的阻隔性能。此外，本公开的材料组合物还提供改进的将管肩连接到层压管的体部的粘合品质。
本公开的材料组合物包括在制备管肩之前具有片状形式的颗粒。优选地，将该组合物的成分配混以获得片状颗粒。术语“片状颗粒”表示扁平薄板(flat thin pieces)或碎片(chips)。在上下文中，术语“片状颗粒(flake-shapedparticles)”、“小板(platelets)”或“小片(pellets)”可以互换使用，意在指定相同的含义。
在用压缩成型技术制成的管肩中可以直接使用这样的小板。在由所述技术制成的管肩中，乙烯乙烯醇晶体在HDPE体内以“小板”或者“片状颗粒”的形式随意取向。由于压缩成型技术，在高密度聚乙烯体内的“小板”的形成是非常随机的，因此，它在HDPE体内创建无序或不规则的结构。在所述体内获得的这种不规则结构，为具有此类肩的管的内容物中的风味提供了难于通过的路径。当风味分子到达成型管肩的另一侧时，达到指定的寿命。因此，可以看出本公开的组合物的阻隔性能的提高。
本公开的另一个实施方式提供一种材料组合物，其包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的马来酸酐共聚物，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
本公开的又一个实施方式提供一种材料组合物，其包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的离聚物，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
在本公开的材料组合物中使用的HDPE的密度在0.94-0.96的范围内，熔体流动指数在1.0-3.0的范围内。根据本公开，在本公开的材料组合物中使用的HDPE可以特别是市售的聚合物，如Basell公司的“GD4755”。
在本公开的材料组合物中使用的EVOH的乙烯摩尔百分比为32和熔体流动比率（MFR）在1.5-3.0的范围内。根据本公开，EVOH可以特别是市售的，如Kuraray Corp.的“F171”。
表述“至少一种相容剂”应理解为是指在本公开的组合物中可以使用一种或多种相容剂。
在本公开的材料组合物中使用的相容剂可以选自离聚物、马来酸酐共聚物。特别地可以使用从Dow Chemicals或者DuPont chemicals易于获得的市售相容剂。由于HDPE和EVOH是不相容的聚合物，相容剂改性HDPE聚合物和EVOH聚合物的界面并使所述共混物稳定化。在本公开中使用的离聚物是市售的离聚物，例如但不限于来自Dupont的“Surlyn”或者来自ExxonMobil的“Iotek”。
本公开还提供一种层压管，其包括：体部、颈部和管肩，其中所述管肩由材料组合物构成，所述材料组合物包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的至少一种相容剂，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
本发明的另一实施方式提供一种层压管，其包括：体部、颈部和管肩，其中所述管肩由材料组合物构成，所述材料组合物包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的马来酸酐共聚物，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
此外，本公开的一个实施方式提供一种层压管，其包括：体部、颈部和管肩，其中所述管肩由材料组合物构成，所述材料组合物包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的离聚物，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
本公开的一个实施方式提供一种层压管，其包括：体部、颈部和管肩，其中所述管肩和所述体部由材料组合物构成，所述材料组合物包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的至少一种相容剂，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
本公开的再一实施方式提供一种层压管，其包括：体部、颈部和管肩，其中所述管肩和所述体部由材料组合物构成，所述材料组合物包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的马来酸酐共聚物，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
本公开的另一实施方式提供一种层压管，其包括：体部、颈部和管肩，其中所述管肩和所述体部由材料组合物构成，所述材料组合物包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的离聚物，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
本公开的又一实施方式提供一种层压管，其包括：体部、颈部和管肩，其中所述管肩和所述颈部由材料组合物构成，所述材料组合物包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的至少一种相容剂，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
本公开的再一实施方式提供一种层压管，其包括：体部、颈部和管肩，其中所述管肩和所述颈部由材料组合物构成，所述材料组合物包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的马来酸酐共聚物，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
此外，本公开的一个实施方式提供一种层压管，其包括：体部、颈部和管肩，其中所述管肩和所述颈部由材料组合物构成，所述材料组合物包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的离聚物，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
本公开的又一实施方式提供一种层压管，其包括：体部、颈部和管肩，其中所述管肩、所述体部和所述颈部由材料组合物构成，所述材料组合物包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的至少一种相容剂，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
本公开的再一个实施方式提供一种层压管，其包括：体部、颈部和管肩，其中所述管肩、所述体部和所述颈部由材料组合物构成，所述材料组合物包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的马来酸酐共聚物，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
此外，本发明的另一个实施方式提供一种层压管，其包括：体部、颈部和管肩，其中所述管肩、所述体部和所述颈部由材料组合物构成，所述材料组合物包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的离聚物，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
在一个实施方式中，整个层压管可以由本公开的材料组合物构成。
本公开的一个实施方式提供了一种由材料组合物构成的管肩，所述材料组合物包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的至少一种相容剂，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
本公开的另一个实施方式提供了一种由材料组合物构成的管肩，所述材料组合物包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的马来酸酐共聚物，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
本公开的又一个实施方式提供了一种由材料组合物构成的管肩，所述材料组合物包括：50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和10％至20％（w/w）的离聚物，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
在一个实施方式中，本公开的层压管的管肩包括安装在管肩的内部的内阻挡衬里。
本公开的内阻挡衬里包括：至少一层选自聚乙烯或聚丙烯的由单一烯烃构成的聚烯烃层；至少一层由选自铝箔或EVOH的材料构成的阻挡层；和至少一层存在于聚烯烃层和阻挡层之间的连接层，所述连接层由选自酸共聚物或马来酸酐接枝共聚物的材料构成。
本公开的内阻挡衬里的聚烯烃层的厚度在40微米至100微米的范围内。
本公开的内阻挡衬里的阻挡层的厚度在10至25微米的范围内。
本公开的内阻挡衬里的连接层的厚度在的范围内。在本公开的一个实施方式中，内衬里包含：厚度为40微米的聚烯烃外层；厚度为20微米的阻挡层；厚度为25微米的结合聚烯烃外层和阻挡层的第一连接层；厚度为50微米的聚烯烃内层；和厚度为25微米的结合聚烯烃内层和阻挡层的第二连接层。
内阻挡衬里以垫圈的形式安装在常规管肩的常规聚合物层如高密度聚乙烯（HDPE）层的内部上。内阻挡衬里由聚合物层与在聚合物层之间插入的阻挡层组成。阻挡层包括阻止（against）香气、风味、氧气和水分等通过的阻隔性能。此外，阻挡层可以提供抵抗层压管内包装的内容物的耐化学性。阻挡层可以由具有所希望的阻隔性能的不同的材料制成，例如EVOH或铝箔。
内阻挡衬里包含（A）聚烯烃、（B）铝箔或EVOH和（C）共聚物连接挤出层的不对称的组合。
组分A，即，聚烯烃，是由单一烯烃（也称为具有通式CnH2n的烯烃）作为单体生产的聚合物。例如，聚乙烯是通过聚合烯烃乙烯生产的聚烯烃。聚丙烯是另一种常见的聚烯烃，其由烯烃丙烯制成。
组分B，阻挡层，当为EVOH时，防止产品从层压管扩散。此外，它防止物质从外部扩散到层压管，并通过与它反应改变或破坏产品。EVOH为所有常见的产品，如化妆品护肤霜或凝胶、食品、日用化工品、技术填补货物（technical filling goods）和口腔护理产品，提供良好的阻隔性能。作为EVOH的替代品，在某些层压管中可以使用铝作为阻挡层。由于铝提供最高的阻隔品质，因此主要适用于非常侵蚀性(aggressive)的和高度反应性的填补货物，如脱毛或剃须膏、有机硅、OTC产品和易腐食品。
组分C，即共聚物连接挤出层，如酸共聚物或马来酸酐接枝共聚物。此层作为组分A和组分B之间的结合层。以这种方式，组分C的选择可以依赖于组分A和组分B。
根据本公开，在管肩中的内阻挡衬里可以采用挤出层压技术以单独的工艺制造。内阻挡衬里的层定位是这样的，阻挡层(如铝箔或EVOH)总是保持为中心层，接着是在阻挡层的两侧上的共聚物连接挤出层，然后是作为最外表皮层(skin layer)和最内表皮层的聚烯烃层。包含5层的内阻挡衬里的层结构的具体(wise)厚度如下表1中所示：
表1
本公开进一步涉及一种用于制备材料组合物的方法，其包括：在双螺杆挤出机中配混50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE）、30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH）和10％至20％（w/w）的至少一种相容剂，以得到材料组合物，其中所述材料组合物包含片状颗粒。
根据本公开的管肩可以通过如下的方法制造，所述方法包括：在螺杆长度与直径的比率（L/D）为24:1的屏障型螺杆挤出机（barrier screw extruder）中处理高密度聚乙烯、乙烯-乙烯醇和相容剂的预共混材料组合物，以获得增塑的材料组合物熔体；将增塑的材料组合物熔体以环的形式进料到特定形状的肩模具；将所述肩模具与所述环一起移到下一转位站(indexing station)，其中安装到钢芯轴的管套结合在一起并压缩以形成包括螺纹的颈部和孔板的特定肩形状。在所述压缩期间，来自聚合物熔体或环的特定的热量使管套的内密封剂层熔合。
如前所述，根据本公开的管肩在阻隔性能和对管体的粘合性方面显著改进。因此，层压管的内容物的品质可保持相当长的一段时间，此外，制造商的品质保证期大大延长，而没有香气或易挥发组分通过肩释放或引起内容物的品质的任何变化。因此，具有根据本公开的管肩的层压管对于用于牙膏、药品、食品、饮料或粘合剂等是非常有用的。
管肩可以通过一般的成型方法包括挤出成型、压缩成型和注塑成型来成型。另外，将制备的管肩接合到单独制备的管体以完成管容器。
虽然这里已经示出和描述要求保护的主题的某些特征，但是对于本领域技术人员来说现在将发生很多修改、替换、更改和等同物。
实施例
给出下面的实施例说明本发明，并且不应该被解释为限制本公开的范围。应当理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述都只是示例性和说明性的，并且旨在提供要求保护的主题的进一步的解释。
实施例1
在双螺杆挤出机中配混50％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE）、40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH）和10％（w/w）的马来酸酐共聚物，从而得到小片状的配混的材料组合物。
实施例2
在双螺杆挤出机中配混50％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE）、40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH）和10％（w/w）的离聚物，从而得到小片状的配混的材料组合物。
实施例3
在双螺杆挤出机中配混60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE）、30％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH）和10％（w/w）的马来酸酐共聚物，从而得到小片状的配混的材料组合物。
实施例4
在双螺杆挤出机中配混60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE）、30％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH）和10％（w/w）的离聚物，从而得到小片状的配混的材料组合物。
实施例5
在双螺杆挤出机中配混50％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE）、30％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH）和20％（w/w）的马来酸酐共聚物，从而得到小片状的配混的材料组合物。
实施例6
在双螺杆挤出机中配混50％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE）、30％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH）和20％（w/w）的离聚物，从而得到小片状的配混的材料组合物。
虽然参考某些优选实施方式相当详细地描述了本主题，但是其他的实施方式是可行的。因此，本公开的精神和范围不应该限于其中包含的优选实施方式的描述。
Claims (11)
1.一种材料组合物，其包括：
50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），
30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和
10％至20％（w/w）的至少一种相容剂，
其中所述材料组合物包含片状颗粒。
2.根据权利要求1所述的材料组合物，其中所述相容剂选自离聚物或马来酸酐共聚物。
3.一种层压管，其包括：
体部，
颈部，和
管肩，
其中所述管肩由材料组合物构成，所述材料组合物包括：
50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），
30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和
10％至20％（w/w）的至少一种相容剂，
其中所述材料组合物包含片状颗粒。
4.根据权利要求3所述的层压管，其中所述体部和所述颈部各自独立地由材料组合物构成，所述材料组合物包括：
50％至60％（w/w）的高密度聚乙烯（HDPE），
30％至40％（w/w）的乙烯-乙烯醇（EVOH），和
10％至20％（w/w）的至少一种相容剂，
其中所述材料组合物包含片状颗粒。
5.根据权利要求3或4所述的层压管，其中所述相容剂选自离聚物或马来酸酐共聚物。
6.根据权利要求3所述的层压管，其中所述管肩进一步包含安装在所述管肩的内部的内阻挡衬里。
7.根据权利要求6所述的层压管，其中所述内阻挡衬里包括：
至少一层选自聚乙烯或聚丙烯的由单一烯烃构成的聚烯烃层，
至少一层由选自铝箔或EVOH的材料构成的阻挡层，
至少一层存在于所述聚烯烃层和所述阻挡层之间的连接层，所述连接层由选自酸共聚物或马来酸酐接枝共聚物的材料构成。
8.根据权利要求7所述的层压体，其中所述聚烯烃层的厚度在40微米至100微米的范围内。
9.根据权利要求7所述的层压体，其中所述阻挡层的厚度在10至25微米的范围内。
10.根据权利要求7所述的层压体，其中所述连接层的厚度在20至50微米的范围内。
11.根据权利要求6所述的层压管，其中所述内衬里包括：
厚度为40微米的聚烯烃外层，
厚度为20微米的阻挡层，
厚度为25微米的结合所述聚烯烃外层和所述阻挡层的第一连接层，
厚度为50微米的聚烯烃内层，和
厚度为25微米的结合所述聚烯烃内层和所述阻挡层的第二连接层。
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