CN105073438B - 磁感受性挤出膜 - Google Patents

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Abstract

本发明通过把磁感受性的颗粒结合进入挤出或流延膜的配方中来制备具有将会附着到磁体的性质的磁感受性聚合物膜。此外,通过使用共挤出技术，本发明制备为多层聚合物膜形式的印刷介质，其包括用于把膜附着到磁体的磁感受性的芯层,和连接到芯层的一个或两个侧面的一个或多个层,其中所述层的至少一个最外部的表面不含或基本上不含铁磁材料并适于接受印刷。

Description

磁感受性挤出膜
发明领域
本发明总体涉及多层聚合物印刷膜及其制备方法。
发明背景
具有磁感受性的印刷介质产品通常通过在挤出过程之后将磁感受性的涂层施加到市售挤出膜的一侧来制备。但是，这种方法只能制备具有单侧可印刷的表面的产品。零售图片总是在变化，且对具有双侧可印刷表面的产品的需求也非常切实。能减少废弃物、降低运输成本和有助于安装的需求是工业的游戏规则变革者。因此，本领域需要用于制备具有磁感受性的印刷介质的方法和需要制备具有多于一侧可印刷表面的这种印刷介质。
制备挤出的单层膜或多层膜的方法是本技术领域所公知的。常用的方法包括管状吹膜共挤出、流延共挤出和水淬冷挤出过程。
在许多批露的过程中，在用于挤出膜的聚合物的母料批料中包括添加多种有机和无机介质。这些具有许商业应用，例如光阻断、增加不透明度和改变后加工特征，以及许多其它优势。这些添加方法已用于各种介质例如聚丙烯、聚酯、聚乙烯和合成膜的许多其它类型和变体。
美国专利号5,945,205批露在芯层(第一层)中使用填料，用于光吸收目的来防止膜包装的食物因UV降解而腐坏。在他们的方法中，他们使用薄片状颜料例如石墨，来增强空穴化过程和形成紫外光阻断。颜料通常以0.5％-5％的重量比例存在。美国专利号4,345,005批露了使用添加剂来增强金属化涂层的粘附性。在反应性装置(setting)中的电子束固化操作使得这些涂层固化。这个过程不能添加磁体所能附着的材料。美国专利号4,117,193教导将乙烯-丁烯共聚合物的低结晶树脂和聚烯烃树脂以及润滑剂和抗粘连剂包含到表面上，得到具有低静电性质和有助于防止粘连的膜。
我们在油漆、纸张和涂覆的膜方面开发了许多磁感受性产品。这个产品线允许我们在单一共挤出过程而不是两步法中(其需要挤出膜，然后用磁感受性的介质涂覆膜)制备磁感受性的印刷介质。在一方面中,本发明包括把磁感受性颗粒结合进入标准挤出膜或流延膜的配方，从而挤出膜会附着到磁体。在另一方面中,本发明制备多层膜形式的印刷介质，其包括用于保持磁感受性的磁感受性的芯层,和连接到所述芯层一侧或两侧的一个或多个塑料层,其中膜的最外部的表面不含或基本上不含铁磁材料并适于接受印刷。多层印刷膜常规地通过共挤出技术来制备。
发明概述
本发明在常规的挤出过程中包括磁感受性的(magnetic receptive)介质(例如铁磁颗粒)来制备磁感受性的聚合物芯层。此外,本发明在共挤出过程中提供将会附着到磁体且具有两侧可印刷的表面的聚合物印刷介质。
在一种实施方式中,本发明提供流延或挤出聚合物膜，其包含适于附着到磁体的铁磁颗粒。为了允许聚合物膜附着到磁体且形成一层在另一层顶部的多层，配方中所用的磁感受性的颗粒的加载量(load)高于通常的加载量。在膜配方中可使用占膜的约15重量％-约70重量％、优选地约30重量％-约60重量％的磁感受性颗粒例如铁、磁铁矿或其它铁磁颗粒。磁感受性材料的粒度优选地是但不限于约0.02μm-约44μm。膜可由能赋予柔性和耐受挤出过程的高温和压力而不降解的任意聚合物制成。优选地,膜由聚烯烃、聚丙烯或适于与高加载量的磁感受性颗粒共混的其它聚合物制成。
在另一种实施方式中,本发明提供共挤出的多层聚合物膜，其包括在前面实施方式中所述的适于附着到磁体的磁感受性的芯层,以及第一层和第二层，所述第一层和第二层将所述芯层夹在它们之间。第一和第二层的内部表面分别与芯层的一个侧面相邻且与之熔合。第一和第二层的外部表面都不含或基本上不含铁磁材料且适于接受印刷。适于制备第一和第二层的聚合物包括柔性和能耐受挤出过程的高温和压力而不降解的任意聚合物。优选地,聚合物选自下组：聚烯烃、聚酯、聚丙烯和它们的共混物。本实施方式通过共挤出过程提供具有单侧或两侧可印刷的表面同时保持膜的磁感受性的多层聚合物膜，且无需使用任何粘合剂来粘合所述层。
又在另一种实施方式中,本发明提供共挤出的多层聚合物膜，其包括在前面实施方式中所述的适于附着到磁体的磁感受性芯层,以及由一个或多个层形成的组。由一个或多个层形成的组具有最内部的表面和最外部的表面。最内部的表面与芯层的一个侧面相邻且与之熔合，且在它们之间不使用粘合剂。最外部的表面不含或基本上不含铁磁材料且适于接受印刷。由一个或多个层形成的组可由与用于前面实施方式的第一或第二层的聚合物相同的聚合物制成。本实施方式的由一个或多个层形成的组可将其它成分结合入配方，用于赋予膜其它提高的性质。该实施方式通过共挤出过程提供具有单侧可印刷的表面且同时保持磁感受性和具有其它增强性质的多层聚合物膜。
在其他实施方式中，本发明提供共挤出多层聚合物膜，其包括如之前实施方式所述的适于附着到磁体的磁感受性的芯层，以及将芯层夹在它们之间的由一个或多个层形成的两个组，而之前实施方式中是由一个或多个层形成的一个组。由一个或多个层形成的各组具有最内部的表面和最外部的表面,其中各组的最内部的表面分别与芯层的两个侧面中的一个相邻且与之熔合，从而在它们之间没有使用粘合剂。各组的最外部的表面不含或基本上不含铁磁材料且适于接受印刷。该实施方式提供具有两侧可印刷的表面且同时保持磁感受性和具有各种增强性质的多层聚合物膜。
本发明的还提供用于制备多层聚合物印刷膜的方法。所述方法包括以下步骤：独立地共混用于各层的原料,将共混的各层的原料分别填充进入挤出机的单一模头的各指定狭缝，加热挤出机来熔融共混的原料,从各狭缝通过单一模头将熔融的共混的原料共挤出到骤冷辊上,挤出物层通过共挤出的热量在该骤冷辊上熔融在一起以形成单一膜并随后冷却以形成固体形式。在该方法中，调节各层的流动温度非常重要，从而所述层可以基本上相同的速率冷却。这可通过把填料添加到与芯层相邻的层的配方来实现，因为高加载的铁磁颗粒显著减缓冷却。共挤出之后，固体膜可进行单轴或双轴取向，使膜更薄、更稳定和更不容易撕裂。此外,为了更好的印刷能力，固体膜可进行电晕处理或印刷涂覆。
附图简要说明
通过图1-3中的附图来说明本发明，它们都是挤出的聚合物膜的横截面图。
图1显示三层共挤出聚合物膜，其中芯层1包含铁磁颗粒,第一层2和第二层3的外部表面不含或基本上不含任何铁磁颗粒。
图2描述单一层挤出聚合物膜，其包含铁磁颗粒(即,磁感受性芯层1)。
图3显示两层共挤出聚合物膜，其中芯层1包含铁磁颗粒,第一层2的外部表面不含或基本上不含任何铁磁颗粒。
发明详述
在一方面中,本发明优选地提供一种聚合物印刷介质，与现有技术的两步法相比，其通过单一挤出过程而将会附着到磁体。在另一方面中,本发明优选地通过共挤出过程提供具有两侧可印刷的表面的磁感受性的印刷介质,而现有印刷市场中可用的印刷介质只具有一侧可印刷的表面。
根据本发明的聚合物印刷介质的磁感受性促成挤出或流延膜的配方中结合的磁感受性颗粒。图2描述单一层挤出聚合物膜，其包含铁磁颗粒(即,磁感受性的芯层1)且使用流延或挤出过程来制备。
芯层1可由柔性材料例如塑料制成，从而膜产品可卷绕成卷。此外,用于芯层1的材料优选地能耐受挤出过程的高温和压力且不降解。为了加工方便，优选地选择熔点为约400°F-约600°F的聚合物来形成芯层1。更优选地,聚合物选自聚烯烃、聚丙烯或它们的共混物。合适的磁感受性的颗粒包括但不限于铁、磁铁矿或其它铁磁颗粒,优选地纯度为99％。为了确保聚合物膜将会附着到磁体且形成一层在另一层顶部的多层，磁感受性的芯层1的配方中所用的磁感受性颗粒的加载量(load)高于常规的加载量。根据本发明,磁感受性颗粒占膜配方的约15重量％-约70重量％,优选地约30重量％-约60重量％。磁感受性材料的粒度优选地是但不限于约0.02μm-约44μm。在一种实施方式中,芯层1由复合材料制成，所述复合材料包含分散在聚烯烃树脂之内的含铁颗粒。在另一种实施方式中,芯层1由聚丙烯树脂与铁磁颗粒配混的复合材料制成。
聚合物印刷介质的可印刷的表面通过不含或基本上不含铁磁材料的共挤出的聚合物印刷膜的最外部的表面来提供。图1描述通过共挤出过程制备的三层聚合物膜，其中芯层1包含铁磁颗粒,第一层2和第二层3将芯层1夹在它们之间。
第一层2和第二层3的外部表面不含或基本上不含任何铁磁颗粒并适于接受印刷。为了改善印刷能力,聚合物膜可进行电晕处理，或使膜的可印刷的表面经历印刷涂覆或其它处理。第一和第二层2,3由柔性材料例如塑料制成，从而最终形成的膜产品可卷绕成卷，并可使用常规的木材加工车床、剪刀和小刀切割。柔性材料优选地能耐受挤出过程的高温和压力且不降解。适用于形成第一或第二层2,3的聚合物包括熔点为400°F-600°F的那些聚合物。在一些实施方式中,聚合物可选自下组：聚烯烃、聚酯、聚丙烯和它们的共混物。
可将本技术领域所公知的接受印刷的填料例如氧化钛、粘土和碳酸钙包括在第一或第二层2,3的配方中。填料不仅改善外部表面的印刷能力，还有助于提供白色表面，这优选地隐藏磁感受性芯的深黑色颜色。发现在层2，3中添加高加载量的填料还有助于补偿由不同层的不同成分导致的温差，这在制造过程中是非常有用的。因为芯层1中高加载量的磁铁矿或其它铁磁介质起着散热器的作用和导致更慢的冷却，调节芯层1以及第一和第二层2,3之间的流动温度是重要的，从而三层可以基本上相同的速率冷却并能在固化膜中保留三层构造。优选地但不限于,填料可占第一或第二层2,3的约20重量％-约30重量％。填料的粒度可为约0.02μm-约50μm。
芯层1、第一层2和第二层3的厚度可取决于印刷膜的具体用途而变化。在一些实施方式中,芯层1的厚度为约6密耳(mil)-约12密耳,第一外部或第二层2,3的厚度是约1.5密耳-约5密耳。本发明的有益特征是可通过在共挤出过程中产生的热量把所有层熔合在一起。在层之间无需粘合层或粘合剂，但对于有些实施方式可任选地使用粘合层或粘合剂。
图3描述共挤出聚合物膜，其中芯层1只有一个侧面附着到第一层2,这样它表示具有一侧印刷表面的磁感受性膜。磁感受性芯层1的组分可与图1的芯层1的组分相同,第一层2的组分可与图1的第一层2的组分相同。图3中的膜可通过与图1相同的挤出过程来制备，但这里只将两层挤出物熔合在一起来形成固体膜。
本发明还包括一种实施方式，其中在第一层2和芯层1之间存在至少一种层。这种实施方式表示一个或多个层的组而不是单一层,所述组与芯层1的一个侧面相邻。将一组层的各个层置于另一层顶部，且所述一组层具有最内部的表面和最外部的表面。该组的最内部的表面与芯层1的一个侧面熔合，该组的最外部的表面不含或基本上不含铁磁材料并适于接受印刷。最内部的层可由与图1的第一层的组分相同的组分制成。一组层的各个层可由不同的聚合物制成，且可具有不同的组成。例如,有些层可包含磁性颗粒以增强磁性性质,有些层可包含密封剂、粘合剂或其它无机填料来赋予其它增强的性质。该实施方式可通过共挤出过程来制备。
本发明的另一实施方式是共挤出多层膜，其包括适于附着到磁体的磁感受性的芯层1以及位于芯层1各侧面上的两组层而不是之前实施方式中的一组层。该实施方式通过共挤出过程提供具有两侧可印刷的表面且同时保持磁感受性和具有其它所需性质的多层聚合物膜。
本发明的可印刷的表面可进行电晕处理、印刷涂覆或其它处理来改善与印刷油墨的粘合。本发明的多层聚合物印刷膜可使用本技术领域所公知的方法进行沿着单轴或双轴方向的逐步取向，从而使膜更薄、更稳定和更不容易撕裂。本发明的印刷介质还包括通过印刷机印刷在多层聚合物膜的外部表面上的图案。
用于制备如图2所示的单一层挤出聚合物膜的方法包括下述步骤：通过机械混合制备聚合物树脂和铁磁颗粒的共混物，在挤出机中把共混物加热到足以熔融所述共混物的温度，通过模头挤出熔融的共混物并把挤出物接纳到骤冷辊上，并在骤冷辊上冷却挤出物以形成膜。
本发明的多层聚合物印刷膜全部可通过使用常规共挤出机来制备，该挤出机把两种或更多种原料从单一模头共挤出出来以在骤冷辊上形成多层挤出物膜。共挤出中产生的高温导致挤出物层熔融在一起，以在骤冷辊上形成一固体膜。
使用图1的三层印刷膜作为示例，制造方法包括下述步骤:
(1)将用于第一层的原料共混,其中用于第一层的原料包括第一聚合物树脂和第一填料,其中第一填料为用于第一层的原料的约20重量％-约30重量％；
(2)将用于第二层的原料共混,其中用于第一层的原料包括第二聚合物树脂和第二填料,其中第二填料是用于第二层的原料的约20重量％-约30重量％,其中所述第一和第二聚合物树脂独立地选自下组：聚烯烃树脂、聚丙烯树脂、聚酯树脂和它们的共混物,其中所述第一和第二填料独立地选自下组：氧化钛、粘土、碳酸钙及其组合；
(3)将用于芯层的原料共混,其中用于芯层的原料包括铁磁颗粒例如铁或磁铁矿，以及第三聚合物树脂，例如聚烯烃树脂、聚丙烯树脂或它们的共混物,其中铁磁颗粒是用于芯层的原料的约15重量％-约70重量％,优选地约30重量％-约60重量％,其中铁磁颗粒的尺寸可为约0.02μm-约44μm；
(4)把用于第一层、芯层和第二层的共混的原料转移进入共挤出机的三个不同的狭缝；
(5)把共挤出机加热到足以熔融所有共混的原料的温度；
(6)从各狭缝通过单一模头共挤出熔融的共混的原料来提供多层膜，该多层膜包括第一层、芯层、和第二层,其中所述芯层设置在第一和第二层之间,其中第一和第二层的外部表面不含或基本上不含铁磁颗粒且适于接受印刷；以及
(7)在骤冷辊上冷却所述多层膜。
上述方法优选地通过共挤出的热量允许膜的层相互熔合，无需使用粘合层或粘合剂。
在该方法中，调节芯层和与所述芯层接触的层之间的流动温度非常重要，因为芯层中高加载量的磁铁矿或其它铁磁介质起着散热器的作用，并导致更慢的冷却。层之间流动温差过大将干扰冷却，使得膜难以保留其原来的三层构造。发现添加占第一或第二层的约20重量％-约30重量％的填料例如氧化钛、粘土、碳酸钙及其组合，有助于补偿流动温度差。填料的粒度可为约0.02μm-约50μm。
对本领域普通技术人员而言显而易见地是，为了制备如图3所示的两层聚合物印刷膜,只需省略之前所说方法的步骤(2)。
所述方法还包括下述步骤：共挤出之后进行单轴或双轴取向，使膜更薄、更稳定和更不容易撕裂。单轴取向通过沿着纵向方向拉伸膜来进行。双轴取向在纵向方向拉伸膜然后在横向方向拉伸膜来进行。
所述方法还可包括下述步骤：对膜进行电晕处理、印刷涂覆或其它常规的可印刷表面的处理，从而改善外部表面保留印刷油墨的能力。如本领域所常常使用，在该方法中可使用微空穴化和腔室化技术来形成具有更低密度和改善的印刷能力的可印刷的表面。
本发明将戴维斯(Davis)标准挤出机用于共挤出过程，将布鲁克尼(Brueckner)机器用于单轴取向。本领域普通技术人员应理解，本发明不限于使用这些设备。
实施例1
共挤出制备成与挤出膜兼容的聚丙烯树脂与加载量为为25重量％的磁感受性的颗粒(例如铁磁颗粒)配混起来形成混合物，使其与挤出膜兼容，对该混合物进行共挤出，挤出的结构还包括顶部层和底部层，所述顶部层和底部层把磁感受性的芯层夹在它们之间。
除了使用单一共挤出过程来形成具有两侧可印刷的表面的介质的益处以外，本发明减少了工业中的废弃物并提供在环保角度更为合理的选项。由于具有能够隐藏磁感受性芯的白色的可印刷的外部层，使用过的根据本发明的产品可送回工厂，并作为母料批料加入芯层。
已参考具体实施方式、加工条件等描述了本发明，对本领域普通技术人员显而易见地是本发明无意于受限于这种说明性实施方式或加工条件，且在不偏离如所附权利要求限定的本发明的范围或精神的条件下可进行改变。

Claims (18)

1.一种多层聚合物印刷膜，其包括:
芯层，其具有第一侧面和与所述第一侧面相反的第二侧面,所述芯层包含占所述芯层的30重量％-60重量％的磁感受性的颗粒；
第一层，其具有内部表面和与所述内部表面相反的外部表面,所述第一层的所述外部表面不含或基本上不含铁磁材料并适于接受印刷,所述第一层的所述内部表面与所述芯层的所述第一侧面相邻且与之熔合；
第二层，其具有内部表面和与所述内部表面相反的外部表面,所述第二层的所述外部表面不含或基本上不含铁磁材料并适于接受印刷,所述第二层的所述内部表面与所述芯层的所述第二侧面相邻且与之熔合；
第一层含有第一聚合物树脂和第一填料，所述第一填料为用于所述第一层的原料的20－30重量％；
第二层含有第二聚合物树脂和第二填料，所述第二填料为用于所述第二层的原料的20－30重量％；
熔融阶段时，第一层、第二层和芯层以基本上相同的速率冷却；
其中所述多层聚合物印刷膜通过共挤出过程来制备。
2.如权利要求1所述的多层聚合物印刷膜，其特征在于，没有使用粘合剂来粘合所述芯层、所述第一层和所述第二层。
3.如权利要求1所述的多层聚合物印刷膜，其特征在于，所述第一层和第二层独立地选自下组：聚烯烃、聚丙烯、聚酯和它们的共混物。
4.如权利要求1所述的多层聚合物印刷膜，其特征在于，所述第一层和第二层中的至少一种还包含选自下组的填料：氧化钛、粘土、碳酸钙及其组合。
5.如权利要求1所述的多层聚合物印刷膜，其特征在于，所述芯层由聚烯烃、聚丙烯或它们的共混物制成。
6.如权利要求1所述的多层聚合物印刷膜，其特征在于，所述磁感受性颗粒的尺寸是0.02μm-44μm。
7.如权利要求1所述的多层聚合物印刷膜，其特征在于，所述磁感受性颗粒是铁磁颗粒。
8.如权利要求7所述的多层聚合物印刷膜，其特征在于，所述铁磁颗粒是铁或磁铁矿。
9.如权利要求1所述的多层聚合物印刷膜，其特征在于，所述芯层的厚度是6密耳-12密耳,其中所述第一层或所述第二层的厚度是1.5密耳-5密耳。
10.一种多层聚合物印刷膜，其包括:
芯层，其具有第一侧面和与所述第一侧面相反的第二侧面,所述芯层包含占所述芯层的30重量％-60重量％的磁感受性颗粒；
由一个或多个层形成的组，所述组具有最内部的表面和最外部的表面,所述由一个或多个层形成的组的所述最外部的表面不含或基本上不含铁磁材料并适于接受印刷,所述由一个或多个层形成的组的所述最内部的表面与所述芯层的所述第一侧面相邻且与之熔合；
最外层含有第一聚合物树脂和第一填料，所述第一填料为用于所述最外层的原料的20－30重量％；
最内层含有第二聚合物树脂和第二填料，所述第二填料为用于所述最内层的原料的20－30重量％；
熔融阶段时，最外层、最内层和芯层以基本上相同的速率冷却；
其中所述多层聚合物印刷膜通过共挤出过程来制备。
11.如权利要求10所述的多层聚合物印刷膜，其特征在于，所述由一个或多个层形成的组具有最内部的层,所述最内部的层包含选自下组的填料：氧化钛、粘土、碳酸钙及其组合。
12.如权利要求10所述的多层聚合物印刷膜，其特征在于，所述多层聚合物印刷膜还包括由一个或多个层形成的第二组，该第二组具有最内部的表面和最外部的表面,所述第二组的所述最外部的表面不含或基本上不含铁磁材料并适于接受印刷,所述第二组的所述最内部的表面与所述芯层的所述第二侧面相邻且与之熔合。
13.一种用于制备多层聚合物印刷膜的方法：
(1)将用于第一层的原料共混,其中用于所述第一层的所述原料包括第一聚合物树脂和第一填料,其中所述第一填料为用于所述第一层的所述原料的20重量％-30重量％；
(2)将用于第二层的原料共混,其中用于所述第一层的所述原料包括第二聚合物树脂和第二填料,其中所述第二填料为用于所述第二层的所述原料的20重量％-30重量％；
(3)将用于芯层的原料共混,其中用于所述芯层的所述原料包括铁磁颗粒和第三聚合物树脂,其中所述铁磁颗粒为用于所述芯层的所述原料的30重量％-60重量％；
(4)把用于所述第一层、芯层和第二层的所述共混的原料转移进入共挤出机的三个不同的狭缝；
(5)把所述共挤出机加热到足以熔融用于所述芯层、所述第一层和第二层的所述共混的原料的温度，熔融阶段时，第一层、第二层和芯层以基本上相同的速率冷却；
(6)从所述三个不同的狭缝通过所述共挤出机的单一模头共挤出所述熔融的共混的原料来提供多层膜，该多层膜包括所述第一层、所述芯层、和所述第二层,其中所述芯层设置在所述第一层和第二层之间,其中所述第一层和第二层的所述外部表面不含或基本上不含铁磁颗粒并适于接受印刷；以及
(7)在骤冷辊上冷却所述多层膜。
14.如权利要求13所述方法，其特征在于，所述第一层和第二层独立地选自下组：聚烯烃树脂、聚丙烯树脂、聚酯树脂和它们的共混物。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一和第二填料独立地选自下组：氧化钛、粘土、碳酸钙及其组合。
16.如权利要求13所述方法，其特征在于，所述第三聚合物树脂选自下组：聚烯烃树脂、聚丙烯树脂和它们的共混物。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括对所述膜进行电晕处理或印刷涂覆。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括对所述膜进行单轴取向或双轴取向。
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