CN106459456A - 基于溶剂的低温热密封涂层 - Google Patents

基于溶剂的低温热密封涂层 Download PDF

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Abstract

一种低温热密封涂层溶液，该溶液包含无定形或半结晶聚酯或共聚酯树脂、增粘剂、抗粘连剂、和溶剂。该涂层溶液可以通过转换器使用常规方法如凹版、棒、狭缝涂布、或印刷方法被施用到包装卷材如箔或薄膜上。该热密封涂层可以密封至本身或另一个基底以制造食品包装袋或药物泡罩包装。热密封温度在该行业中的常规设备和条件下可以低至70℃。

Description

基于溶剂的低温热密封涂层
发明领域
本发明涉及一种用于食品或药物包装应用的具有低温热密封能力的涂覆薄膜或箔。更确切地，本发明涉及一种基于溶剂的聚酯或共聚酯涂层，其可以使用传统的涂覆方法通过转换器(converter)离线施用到薄膜上。涂覆的薄膜可以被卷绕成卷而不阻断并且具有在低活化温度下对于许多不同的包装基底的良好的粘附性。
背景
低温热密封薄膜和箔被用于包装食物产品以及消费品。在一种普通应用中，低温热密封膜和箔在高速成形、填充并且密封包装机器上运行。薄膜或箔在卷材的一个表面上典型地用热密封树脂涂覆。在卷材被进料通过机器时，薄膜或箔被折叠以面对面地暴露树脂覆盖的表面，并且然后将薄膜使用压力和热量(例如通过在加热的压板之间将薄膜压制在一起)沿着接缝密封。此外，该薄膜还可以被热密封到不同的包装基底如食品容器盖。密封就强度和包装完整性方面的性能很大程度上随薄膜或箔基底和热密封层的特性，连同机器操作条件如压板温度、压力和停留时间的变化而变化。因为这些薄膜被用在食品或药物包装中，所希望的是热密封涂层、连同包装薄膜或箔，是符合FDA直接食物接触规定的(21CFR 175.320和/或21CFR 175.300)。
用于低温热密封薄膜的现有技术包括具有基于水的或基于溶剂的涂层的薄膜、挤出涂覆的薄膜和共挤出的聚烯烃薄膜。共挤出的或挤出涂覆的产品典型地使用薄膜如低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、超低线性密度聚乙烯(ULLDPE)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)或离聚物技术。共挤出的和挤出涂覆的产品需要昂贵的薄膜挤出设备来制造。制造这些热密封薄膜的公司通常出售呈卷的形式的薄膜。这些卷被印刷、并且然后呈卷的形式供应用于在成形、填充和密封包装机器上使用。
目前，基于溶剂和水的涂层典型地使用聚偏二氯乙烯(PVDC)、丙烯酸、或乙烯丙烯酸(EAA)技术。重要的是热密封涂层牢固地锚定到基础薄膜或箔上从而使得到的热密封薄膜或箔表现出足够的粘合性能和可接受的保质期。这些基于溶剂和水的涂层配制品中的许多需要底漆以便适当地制备涂层的用于适合锚定的基础薄膜。在施用热密封涂层之前用于给基础薄膜或箔涂底漆的需要使得这些涂层用于许多薄膜转换器是经济上不实际的。本发明的目的是提供一种配制的热密封涂层，该涂层适合于通过转换器使用印刷用于食品工业的包装薄膜或箔，以及提供这样一种配制品，该配制品不需要涂底漆以便实现至食品工业中通常使用的薄膜和箔的适当锚定。目前，大多数转换器被迫购买由薄膜供应商出售的昂贵的低温、热密封薄膜或箔。
本发明的另一个目的是提供一种有效低温热密封配制品，其使转换器能够负担得起地用低温热密封涂层涂覆包装薄膜或箔。术语“低温、热密封涂层”在此用来是指这样的涂层，该涂层能够在低至70℃的温度下以超过300gli(克/线性英寸)的粘合强度自身密封并且还可以在90℃-130℃下被密封到其他包装材料，如食品容器盖和盘。
美国专利申请号11/546,672描述了用于包装薄膜的自吸(self-priming)、水基、热密封涂层。在‘672专利申请中的配制品是基于乙烯和丙烯酸或甲基丙烯酸与脂肪族聚氨酯乳液(其充当粘附增强剂)共混的共聚物。关于该产品的已发布数据示出了其具有窄的加工窗口和比当前发明更低的粘合强度。
美国专利6,607,823披露了使用1,3-丙二醇、间苯二甲酸、和磺基化单体的另一种基于水的共聚酯热密封涂层。该涂层溶液具有1-30重量百分比的固体。该涂层可以使用常规离线涂覆方法用电晕处理被施用到聚酰胺、聚烯烃、以及聚酯薄膜上。热密封温度是在110℃-170℃之间。停留时间是在20-60PSI压力下约0.5-10秒。它具有良好的自密封，约4磅/英寸的剥离值。
美国专利6,543,208传授了一种由以下三个层构成的食品包装薄膜：内部低熔点聚酯密封层、蒸汽沉积的陶瓷或金属层、和外侧高熔点聚酯层。食品袋通过在内部用低熔点密封层热密封薄膜形成。该密封层的熔点是低于160℃。来自伊士曼化学(EastmanChemical)的一个密封层具有低至80℃的熔点并且另一个密封层具有122℃的熔点。可热密封层使用层压粘合剂被层压到金属化的PET薄膜上。食品袋是用高速包装机制成的。密封条温度是约180℃-200℃。
美国专利8,079,470披露了一种共挤出的PET薄膜，其中一侧具有无定型聚酯热密封层并且另一侧具有聚乙烯共聚物热密封层。双面可密封薄膜被热密封到用于CD和DVD的泡罩包装容器上。聚乙烯共聚物层具有在5-80psi密封压力下65℃-150℃的热密封温度。然而，没有无定形聚酯热密封条件的详细描述。
美国专利8,389,117描述了一种用于卷绕施加的标签的聚酯基热熔性粘合剂。该热熔性聚酯粘合剂使用1,4-环己烷二甲酸、1,4-环己烷二甲醇、三甘醇、和二甘醇。增粘剂、增塑剂、和成核剂被用来改进粘附性、调节热密封温度、并且加速结晶过程。聚酯的分子量是在1,000与15,000之间。聚酯树脂的熔体粘度是在150℃下在300与3,000厘泊之间。收缩标签约80℃-90℃施加并且停留时间是在2与20秒之间。
与上述专利相比，本发明是针对一种基于溶剂的、热密封涂层以及其通过薄膜转换器使用。该基于溶剂的、热密封涂层表现出在宽范围的加工温度包括相对低密封温度和不同薄膜基底内的强粘合强度。
发明概述
在一个方面中，本发明是一种被涂覆到包装薄膜或箔的卷材上的配制的、基于溶剂的混合物，其在干燥时使能在低至70℃的粘合温度下面对面热密封。该配制混合物包含一种热密封树脂(例如按重量计10％-50％)，该热密封树脂包含无定形或半结晶聚酯或共聚酯，具有在-35℃与0℃之间的玻璃化转变温度(Tg，ASTM E1356-08)和在60℃与120℃之间的环球软化点(ASTM E28-99)。该混合物还包含抗粘连添加剂(例如按重量计0.1％至20％)和溶剂(例如按重量计40％至80％)。令人希望的是该混合物还包含增粘树脂(例如按重量计0至30％)。在示例性实施例中，该低温热密封无定形或半结晶聚酯或共聚酯树脂是标准聚酯二醇，如乙二醇、二乙二醇、丁二醇(1,4-；1,2-；和1,3-)、新戊二醇、2-甲基-1,3-丙烷二醇、己二醇、丙二醇、三羟甲基丙烷、环己烷二甲醇和二酸如对苯二甲酸二甲酯、对苯二甲酸、间苯二甲酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、环己烷二甲酸、十二烷酸、邻苯二甲酸酐、马来酸酐、和羟基羧酸的组合如e-己内酯以及与二甘醇的聚己酸内酯二酯(CAPA)。这样的树脂提供了对于低至70℃和高达130℃或以上的密封温度一致的密封强度。现有技术的热密封薄膜和箔的缺点之一是许多表现出有限范围的加工温度。然而，本发明提供了即使在低密封温度，如70℃下的显著的密封完整性。
在低温、热密封树脂中使用的共聚酯单体希望地被批准用于直接食物接触。无定形或半结晶聚酯或共聚酯热密封树脂溶于常用溶剂，如乙酸乙酯、甲基乙基酮、丙酮、二氧戊环或甲苯。无定形或半结晶聚酯或共聚酯热密封树脂还提供了对宽范围的基底包括纸、聚酯、聚丙烯、聚氯乙烯、尼龙薄膜、金属箔等的优异的粘附性。重要的是，热密封树脂和溶剂的溶剂化的共混物包括抗粘连添加剂，例如二氧化硅、脂肪酰胺、蜡或滑石。没有抗粘连添加剂，涂覆的柔性基底当卷绕成卷的形式并且在成形、填充和密封机器上使用前储存时会倾向于阻塞。
重要的是，对于这种低温热密封涂层不需要底漆涂层来粘附到包装工业中的许多通常使用的基底，如双轴取向的聚丙烯(BOPP)、双轴取向的聚对苯二甲酸乙二酯(BOPET)、聚乳酸(PLA)、纤维素、等。适当锚定到基底可以通过包含具有粘附到低表面能基底的能力的树脂完成。此外，薄膜的电晕放电处理有助于增加表面能并且改进锚定。
在另一个方面中，本发明是针对一种热密封涂覆的包装薄膜、纸或箔，在其上在该纸、薄膜或箔的一个表面上已经施用并且干燥该基于溶剂的热密封涂层。该涂层可以被施用以覆盖表面的100％或更期望地以沿热密封的最终位置的图案。包装卷材可由各种材料制成，这些材料包括纸、聚酯薄膜、聚丙烯、尼龙、或聚偏二氯乙烯、金属箔、聚氯乙烯或它们的组合等。本发明还非常适合于与柔性层压件(如两层聚丙烯其中一层是金属化的并且另一层是反印的并粘附到该金属化层)使用。在这样一种情况下，该热密封涂层被施用到该金属化层上。如果该薄膜是聚丙烯，则优选的是在施用配制的基于溶剂的、低温热密封涂层之前使用电晕处理的薄膜。通常，该热密封涂层应该被施用使得该涂层的干厚度是至少1.5微米。
在实践中，转换器通过将一卷包装薄膜或箔供应到印刷机如凹版或柔性版印刷机使用产品。然后，转换器使用该印刷机来将基于溶剂的、热密封涂层施用到该包装薄膜或箔的一个面上。该转换器然后干燥该基于溶剂的热密封涂层以除去溶剂，例如使用常规的在线干燥系统，从而在包装薄膜或箔上留下热密封涂层的干固体层。该转换器然后将涂覆的并干燥的薄膜或箔重绕成卷形式用于在成形、填充和密封包装机器上稍后使用。如所提及的，可能有必要在施用基于溶剂的热密封涂层之前通过电晕放电处理包装薄膜以便确保干涂层至包装薄膜的足够锚定。
在回顾以下附图及其描述后本发明的其他特征和优点对于本领域技术人员可以是明显的。
附图简要说明
图1是示出了根据本发明的示例性实施例的在印刷机上将低温热密封涂层施用到包装薄膜或箔上的示意图。
图2是具有施用到薄膜或箔的一个表面上的低温热密封涂层图案的包装薄膜或箔的顶视图。
图3示出了在已经重绕成卷形式之后在图2中所示的包装薄膜或箔。
图4是示出了在成形、填充和密封机器上使用薄膜的示意图。
图5是沿图4中的线5-5截取的部分截面。
图6是沿图4中的线6-6截取的部分截面。
发明详细说明
在过去，一些共挤出的热密封树脂已经呈颗粒形式被提供作为固体树脂。此外，在提桶、转鼓或装运箱中水基涂层被供应并且通过转换器使用。在此描述的热密封涂层配制品是旨在销售给薄膜转换器的基于溶剂的涂层，例如，作为在提桶、转鼓或装运箱中完全配制的粘合剂。热密封涂层预期作为涂覆溶液与通常使用的溶剂被运送到转换器其中预期该转换器将该混合物稀释到用于转换器的涂覆或印刷设备的适当固体百分比或粘度。
根据本发明，该热密封涂层溶液含有以下成分：
a.按重量计40％-80％的溶剂，
b.按重量计10％-50％的热密封无定形或半结晶聚酯或共聚酯树脂，
c.按重量计0-30％的增粘树脂，以及
d.占按重量计0.1％-20％的抗粘连添加剂。该抗粘连可以是以下各项的任何组合：二氧化硅、滑石、脂肪酰胺和蜡。
该热密封树脂是无定形或半结晶聚酯或共聚酯，具有如通过ASTM D1356-08测量的在-35℃与0℃之间的玻璃化转变温度(Tg)和如通过ASTM E28-99测量的在60℃与120℃之间的环球软化点。更优选地，该无定形或半结晶聚酯或共聚酯具有在-30℃与-5℃之间的玻璃化转变温度(Tg)和在80℃与115℃之间的环球软化点。无定形共聚酯树脂是玻璃态且透明的那些树脂。它们不具有确定的分子排列，因为该结构是非常随机化的并且缠结的。基于玻璃化转变温度，它们在室温下可以是粘性的或脆性的。无定形聚酯和共聚酯树脂不具有如通过DSC或等效技术确定的任何明显的结晶度和熔点并且因此具有小于10焦耳/克、优选小于5焦耳/克、并且最优选零焦耳/克的熔化焓。
该树脂的半结晶性质是有益特征在于具有类似低Tg的无定形树脂将易于在室温下冷流并且将倾向于蠕变或流动使得在存储涂布辊时涂层完整性将被损害。其结果是，将需要增加水平的抗粘连剂。这进而可能不利地影响产品的粘附性。增粘树脂、抗粘连添加剂和其他组分的类型和量需要仔细地与聚合物的结晶度和化学性质平衡来实现适当水平的抗粘连性、粘附性、热密封温度等。无定形和半结晶聚酯和共聚酯可用于本发明，但是当使用半结晶聚合物时半结晶聚合物的熔化热必须相当低，即小于50焦耳/克、优选小于30焦耳/克、并且最优选小于25焦耳/克。
本发明的无定形和半结晶聚酯和共聚酯不仅结晶度低，它们还具有非常长的再结晶速率，其可以长达数天或数周。为此原因，标准DSC方法不能用来确定它们的真结晶度。例如，ASTM D 3418典型地被用来确定各种聚合物的熔化热。标准惯例是将样品加热超过其熔点并且然后将其冷却以确保所有样品具有相同的热历史。然而，本发明中使用的无定形和半结晶聚酯和共聚酯将不那样快速地再结晶，并且将典型地显示出相比第一加热在第二加热时较低的熔化热值。为此原因，当在此提及熔化热时，所给出的值是来自使用ASTM D3418的方法的第一轮数据。
在此使用的半结晶聚合物将具有小于50焦耳/克、更优选小于30焦耳/克、并且最优选小于25焦耳/克的熔化热值。如果聚酯或共聚酯的结晶度太高，存在热密封温度的相应增加连同粘附性和柔性的下降。较高结晶度的聚合物也变得更加难以在适当的溶剂中溶剂化。平衡所有这些有时矛盾因素和特性可能是非常有挑战性的。
可用于本发明的有用的聚酯的若干的熔化热数据包括KP 7908(12.8焦耳/克)；KP7915(2.5焦耳/克)；KP 7923(5.4焦耳/克)；以及V1801(20.4焦耳/克)。这些值是使用ASTMD 3418的方法获得的，但是第一轮值而不是通常的第二轮值。
热密封树脂还希望地溶于常见溶剂中。若干种可商购的共聚酯树脂适合于这种应用，包括由波士胶公司(Bostik,Inc.)供应的VitelTM 1801、VitelTM 3550B、KP7908、KP7915、KP7923，由赢创工业公司(Evonik Industries)供应的DynapolTM S1402、DynapolTMS1401、DynapolTM S320，由东洋纺公司(Toyobo Company,Ltd.)的VynolTM GA 6300和VynolTM GA6400以及由SK化工公司(SK Chemicals)供应的Skybon ES-210。该溶剂令人希望地是乙酸乙酯、或由薄膜转换器和打印机通常使用的其他溶剂如甲基乙基酮、丙酮、甲苯、和二氧戊环。在另一方面，如果希望的话，可以使用更昂贵的溶剂如四氢呋喃、环己酮、二甲苯、乙酸丁酯、甲基异丁基酮、或氯化的溶剂。上述共聚酯树脂可溶于一种或多种所列的溶剂。
然而，所列的热密封树脂倾向于严重地粘连，在混合物中包括除非抗粘连添加剂。抗粘连成分优选包括二氧化硅(例如SyloblocTM 47-由格雷斯-戴维逊公司(GraceDavison)供应的硅胶抗粘连剂，具有5.4至6.6微米的粒度，SylysiaTM 310P-由富士硅化学株式会社(Fuji Silysia Chemical Ltd.)供应的硅酸盐，具有1.5至4微米的粒度，Lo-VelTM29-由PPG工业公司(PPG industries)供应的合成无定形沉淀二氧化硅，具有10微米的中值粒度)和脂肪酰胺(如CrodamideTM ER-由禾大聚合物添加剂公司(Croda PolymerAdditives)供应的滑爽和抗粘连剂，其是精炼的芥酸酰胺，具有79℃的熔点；CrodamideTMBR-由禾大聚合物添加剂公司供应的滑爽和抗粘连剂，其是精炼的山嵛酸酰胺，具有108℃的熔点；或CrodamideTM 212由禾大聚合物添加剂公司供应的滑爽和抗粘连剂，其是硬脂基芥酸酰胺，具有73℃的熔点)的混合物。脂肪酰胺充当改进涂覆的基底的流动和释放特性的的防粘连剂或外部润滑剂。另外，加入具有高玻璃化转变温度(Tg)的无定形共聚酯树脂如由波士胶公司供应的VitelTM 2200B或VitelTM 2700B可以有助于改进抗粘连性能。最后，希望的是包括用于抗粘连的蜡，(例如ACumistTM B-6-由霍尼韦尔公司(Honeywell)供应的微粉化的聚乙烯均聚物，具有126℃的梅特勒(Mettler)滴点和6至7.5微米的粒度；ACumistTMB-12-由霍尼韦尔公司供应的微粉化的聚乙烯均聚物，具有126℃的梅特勒滴点和4至17微米的粒度；ACumistTM C-3-由霍尼韦尔公司供应的微粉化的聚乙烯均聚物，具有121℃的梅特勒滴点和3.5至4.2微米的粒度；LicowaxTM KPS和LicowaxTM KSL-由科莱恩公司(Clariant)供应的具有82℃的滴点的褐煤酸的酯蜡，或具有83℃的熔点的由罗斯蜡(RossWaxes)供应的巴西棕榈蜡。)这些蜡也充当外部润滑剂并且改进涂覆的基底的流动和释放特性。
如提及的，增粘树脂可以包含在内以便改进粘附性，尤其是当该热密封涂层被施用到聚乙烯薄膜时。由于该增粘树脂在室温下是硬的，它还可以用作抗粘连添加剂。增粘树脂通常由天然的或改性的松香、松香酯、天然萜烯、苯乙烯化的萜烯和类似物组成。如果希望的话，还可以使用烃类树脂，只要它们具有与共聚酯相容的足够的芳香族或极性含量。这种的实例包括芳香烃树脂、芳香族/脂肪族烃类和它们的部分或完全氢化的衍生物。增粘树脂的软化点应当在80℃与140℃之间。
根据本发明，希望的是其上施用热密封涂层的包装薄膜或箔10适合用于食品工业中并且被列为FDA直接食物允许的，例如21CFR 175.320和/或21CFR 175.300。参考图1，将未涂覆的包装薄膜或箔10的主辊1安装在印刷机12上。主辊1将通常是32至60英寸宽的典型用于食品包装的薄膜或箔10的印刷的卷材。将溶剂化的热密封混合物14施用到在印刷机上的印刷滚筒16上，如本领域中已知的。涂层混合物14优选以如图2中所示的图案印刷在薄膜或箔10的卷材上。热密封涂层14的图案(参见图2)希望地对应于热密封在所得的包装中的最终位置。在将涂层14施用到薄膜或箔10的卷材上之后，现在涂覆的卷材20穿过干燥烘箱18，图1。希望的是操作干燥烘箱18使得干燥的涂层14中的任何保留的溶剂是低于使卷材20是食品安全允许的水平。优选地施用涂层14以得到1.5磅/令的最小干涂层重量和3.5磅/令的最大干涂层重量。在这种情况下令被定义为3000平方英尺。在本发明中使用的类型的共聚酯具有在室温下约1.3克/立方厘米的密度。可以使用更高的涂层重量，但通常不是必需的并且导致对于转换器的更高成本。所得涂层14还应具有至少1.5微米的厚度。虽然有可能用热密封涂层14涂覆薄膜或箔10的卷材遍及它的整个表面，本发明的主要优点之一是使用凹版或柔性版印刷头图案记录(pattern register)热密封涂层的能力。如图1中进一步示出的，在涂覆的卷材20穿过干燥器18之后，它就重绕成现在涂覆的薄膜或箔20的成品辊2。一旦从主辊1进料的未涂覆的薄膜或箔10完全通过印刷机16和干燥站18，将该涂覆的卷材20(呈成品辊2的形式)移除用于储存，如图3所示。虽然热密封涂层14的图案被印刷在涂覆的卷材20的一个面上，该卷材的另一个面将通常含有印刷物质。该卷材的另一个面的印刷可以发生在施用该热密封涂层14之前或之后。
热密封涂层14是基于溶剂的混合物，这允许易于通过转换器处理和涂覆。该转换器可以根据需要稀释该混合物以实现用于印刷的适当粘度并且以便实现适当的涂层重量。溶剂选择是由精确单体组合和由转换器过程控制的，但最希望的是使用在柔性包装工业中通常使用的低成本和低毒性溶剂，如乙酸乙酯。
图4示意性地示出了热密封涂覆的薄膜或卷材20进料到竖直成形、填充和密封包装机器中，如本领域中通常已知的。水平爪21将加热的压板移动在一起以进行水平密封并且自由地切割包装的商品22。加热的辊23形成对于袋子22的竖直密封。商品如马铃薯片或一些其他食物以测量的量装载入部分成形的袋子中并且然后水平压板21闭合以形成水平密封。如图4所示，卷材20被成形并且折叠使得在卷材20的表面上的热密封涂覆的部分被面对面放置。参见图5，热密封涂层14位于卷材20的同一面上。然而，卷材20被折叠使得热密封涂层14彼此面对。然后如图6所示，通过施加压力和热，卷材20被密封在一起，并且热密封涂层14的印刷的层自身密封。
该无定形或半结晶聚酯或共聚酯热密封树脂由以下各项组成：常见聚酯二醇如乙二醇、二乙二醇、丁二醇(1,4-；1,2-；和1,3-)、新戊二醇、2-甲基-1,3-丙烷二醇、丙二醇、己二醇、三羟甲基丙烷、环己烷二甲醇和二酸如对苯二甲酸二甲酯、对苯二甲酸、间苯二甲酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、环己烷二甲酸、十二烷酸、邻苯二甲酸酐、马来酸酐、和羟基羧酸如e-己内酯和CAPA。该树脂具有从-35℃至0℃的玻璃化转变温度，并且是具有在60℃与120℃之间的环球软化点的共聚酯树脂。该树脂很好地溶解在乙酸乙酯和转换工业中使用的其他常用溶剂中。还提供了到宽范围的薄膜基底的优异锚定，如在包装工业中通常使用的处理的聚丙烯(PP)和聚酯(PE)，连同其他基底像BOPP、BOPET、PLA、铝箔、纤维素、等。涂层到薄膜或箔的锚定发生，而没有底漆涂层。如所提及的，由于聚酯树脂的极性性质容易实现到高表面能基底，例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或铝箔的锚定。为了改进在较低表面能基底上的锚定，增粘树脂可添加到该配制品中。基底的电晕处理也将改进到低表面能基底的锚定。
干燥的热密封涂层提供了在宽范围的温度内的优异的可密封性。在低至70℃的粘合密封温度下提供了超过300gli(克/线性英寸)的粘合强度。在这样低的粘合温度下提供可靠的密封的能力允许成形、填充和密封机器与许多竞争性产品相比或者在更低的密封温度下，或者在更高的包装速度下操作并且因此是非常希望的。
VitelTM 1801共聚酯树脂是半结晶的并具有约100℃的环球软化点，这意味着该树脂具有无冷流的非常低的玻璃化转变温度(Tg)和低密封温度的重要组合。换句话说，当干燥的热密封涂层在辊上并存储时它将保持稳定。
虽然VitelTM 1801已经被确定为希望的热密封树脂，具有类似的热和溶解度特性的其他共聚酯共混物可以适合于本发明的制造，包括含有以下聚酯单体的树脂：二醇类，如乙二醇、二乙二醇、丁二醇(1,4-；1,2-；和1,3-)、新戊二醇、2-甲基-1,3-丙烷二醇、丙二醇、己二醇、三羟甲基丙烷、环己烷二甲醇和酸如对苯二甲酸二甲酯、对苯二甲酸、间苯二甲酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、环己烷二甲酸、十二烷酸、邻苯二甲酸酐、马来酸酐、和羟基羧酸如e-己内酯和CAPA(聚己酸内酯二酯与二甘醇)。优选的聚酯和共聚酯是由(1)对苯二甲酸、(2)对苯二甲酸二甲酯、(3)间苯二甲酸、(4)癸二酸、(5)壬二酸、(6)乙二醇、(7)1,4-丁二醇、(8)已内酯、和(9)CAPA制造的。
用于使产品适合于转换器的另一关键步骤是将抗粘连剂共混到配方中。由溶液涂覆的一些半结晶树脂显示出在室温下的粘性。为了防止辊的粘连，防粘连添加剂的适当组合对于保持涂覆的薄膜的可加工性和热密封粘合强度是关键的。抗粘连添加剂可包括二氧化硅、脂肪酰胺、蜡、滑石和增粘树脂。
本发明的基于溶剂的产品可使用任何合适的方法制造。总体上，将粒化的共聚酯加入到溶剂搅拌器中的适当的溶剂中。在聚合物溶解后，可以在搅拌下添加其他添加剂。当共混完成时，将其过滤并包装在合适的容器中。
总之，所披露的热密封涂层提供了关于密封温度、压力、和停留时间的宽加工窗口。它可以没有底漆施用到薄膜和箔基底并且提供高粘合强度。它可以被涂覆在整个卷材上或通过转换器施用作为图案印刷。对于需要直接和间接食品接触的应用，所选择的热密封的所有组分必须符合FDA法规。
实例
以下实例展示了本发明的某些优选实施例的几个方面，而不应被解释为对本发明的限制。
实例1
热密封涂层溶液1：由波士胶公司制造的Vitel 1801(或V1801)是具有-24℃的Tg和约100℃的环球软化点的半结晶共聚酯树脂。涂层溶液是由以下各项制成：按重量计69.7％的乙酸乙酯、24％的V1801聚酯树脂、3.0％的Sylvalite RE110L树脂(从亚利桑那化学公司(Arizona Chemical)可获得的具有108℃的环球软化点的妥尔油的季戊四醇松香酯)、1.9％的Acumist B-6(具有126℃的环球软化点的聚乙烯蜡)、0.6％的Sylobloc 47(具有6微米的中值粒径的二氧化硅抗粘连剂)、0.6％Luzenac 10M00S(由邦泰特种品公司(Brenntag Specialties)供应的具有3.8微米的中值粒径的非常精细的纯片状滑石)和0.2％Crodamide ER(具有79℃的环球软化点的芥酸酰胺)。该涂层溶液使用迈耶(Meyer)棒施用于48表压PET薄膜和125表压BOPP薄膜。将该涂覆的薄膜在50℃下烘箱干燥持续1分钟。涂层重量被测量为1.5-3.5磅/令。
实例2.
热密封涂层溶液2：由波士胶公司制造的Bostik KP7923是具有-14℃的Tg和约90℃的环球软化点的无定形共聚酯树脂。涂层溶液是用以下各项制成的：按重量计70％的甲基乙基酮/甲苯的共混物、22.5％的KP7923共聚酯树脂、4.0％的PiccotacTM 8595(来自伊士曼的脂肪族/芳香族烃树脂，具有95℃的环球软化点)、2.0％的ACumist B6、和1.5％的Sylobloc 47。该涂层使用迈耶棒施用于48表压PET薄膜。将该涂覆的薄膜在50℃下烘箱干燥持续1分钟。涂层重量被测量为1.5-3.5磅/令。
实例3.
热密封涂层溶液3：Bostik KP7915是具有-15℃的Tg和约100℃的环球软化点的无定形、线性饱和的共聚酯树脂。涂层溶液是用以下各项制成的：按重量计70％的乙酸乙酯、16.7％的KP7915、8.2％的KristalexTM 3100(来自伊士曼化学的全芳族烃树脂，具有100℃的环球软化点)、2.1％的ACumist B6、和3.0％的Sylobloc 47。该涂层溶液使用Meyer棒施用于48表压PET薄膜和125表压BOPP薄膜。将该涂覆的薄膜在50℃下烘箱干燥持续1分钟。涂层重量被测量为1.5-3.5磅/令。
实例4.
热密封涂层溶液4：Bostik KP7908是具有-12℃的Tg和约110℃的环球软化点的半结晶共聚酯树脂。涂层溶液是通过混合以下各项制成的：按重量计70％的甲基乙基酮、按重量计13.5％的KP7908、14.1％的KristalexTM 3100烃树脂、2.1％的ACumist B6、和0.3％的Sylobloc 47。该涂层溶液使用迈耶棒施用于48表压密耳PET薄膜。将该涂覆的薄膜在50℃下烘箱干燥持续1分钟。涂层重量被测量为1.5-3.5磅/令。
实例5.
热密封涂层溶液5：由波士胶公司制造的Vitel V3550是具有-11℃的Tg和约99℃的环球软化点的无定形共聚酯树脂。涂层溶液是通过混合以下各项制成的：按重量计70％的乙酸乙酯、按重量计13％的V3550、12％的KristalexTM 3100烃树脂、2.0％的ACumist B6、和3.0％的Sylobloc 47。该涂层使用迈耶棒施用于48表压PET薄膜和125表压BOPP薄膜。将该涂覆的薄膜在50℃下烘箱干燥持续1分钟。涂层重量被测量为1.5-3.5磅/令。
摩擦系数(COF)测试：为了保持良好的卷绕性能，按照ASTM D1894方法在英斯特朗(Instron)型号5982测试机上测试热密封包装薄膜的COF。COF记录在表1中。数据显示良好的滑移特性或容易卷绕成卷。
粘连测试：粘连测试在由克勒(Koehler)制造的I.C.粘连测试机上进行。测试样品是通过取两片涂覆的热密封包装薄膜并将它们放置为使得一片薄膜的涂覆的表面接触另一片的背侧(未涂覆的)来制备。将40PSI(磅每平方英寸)压力施加到薄膜样品。将测试样品放入50℃的烘箱中过夜。在压缩样品上进行剥离测试并且50gli(克/线性英寸)或更低的剥离强度值被认为是合格的或者非粘连的。
热密封：热密封在由新泽西州蒙特克莱尔的包装工业公司(PackagingIndustries,Montclair,NJ)制造的Sentinel热密封机，型号12-12AS上进行。热密封压力是40PSI并且停留时间是1秒(ASTM F88)。使热密封或者与热密封涂层面对面或涂层朝向另一个不同的基底。将样品调节到室温(25℃和32％RH)持续24小时。测试样品在表1-5中列出
粘附测试：粘附测试是按照ASTM D903在由H.W.Theller公司(H.W.Theller Inc.)制作的迷你拉伸测试仪(Theller型号D)中进行的。该测试在室温(25℃和32％RH)下进行。剥离速度是12英寸/分钟。剥离强度值在表1-5中列出
表1：具有面对面层压的在PET上的热密封涂层的实例1-5的T剥离强度、粘连测试、和COF。
以上数据指示体现的这些实例具有良好的密封特性，即使在低温下具有合理的涂层重量。
表2：具有面对面层压的在BOPP上的热密封涂层的实例1-5的T剥离强度。
该数据清楚地表明，以上实例当涂覆在低表面能基底上时甚至在低温下具有合理的涂层重量时很好地密封。
表3：在90℃密封温度下热密封涂覆的PET对第二基底的180度剥离值。
表3中的数据显示，即使在90℃的低密封温度下存在足够的粘合性能。密封于PET给出最好的性能。
表4：在110℃密封温度下热密封涂覆的PET对第二基底的180度剥离值。
表4中的数据表明，在将密封温度从90℃增加到110℃时，粘合强度增加并且热密封性能改进。
表5：在130℃密封温度下热密封涂覆的PET对第二基底的180度剥离值。
表5中的数据表明，在将密封温度从110℃增加到130℃时，粘合强度值增加。
鉴于以上说明和数据，将注意的是，聚酯或共聚酯的确切化学性质不是提供在此提出的优点的关键因素。更重要的是，聚酯或共聚酯具有适当的特性而不是适当的化学性质。其结果是，人们可以使用许多不同的单体和许多不同的技术来合成聚酯和共聚酯从而产生具有适当的Tg和结晶度水平的聚酯或共聚酯。如在此指出的，然而，聚酯或共聚酯必须具有非常小的(如果有的话)结晶度以制造良好的粘合剂。高度结晶的聚酯和共聚酯通常制造非常差的粘合剂，因为它们再结晶并且非常快速地凝固，并且因此不适当地浸湿基底。一旦这些高度结晶的聚酯和共聚酯被施用在基底上，它们还倾向于收缩，这使粘合剂脱离基底。这些高度结晶的聚酯和共聚酯还具有差的柔性。其结果是，要求无定形或半结晶聚酯或共聚酯来制造良好的粘合剂。然而，无定形和半结晶聚酯和共聚酯具有与粘连和冷流相关的问题，因为它们是如此柔软并且具有极长的晾置时间，即典型地以天或周测量的。其结果是，无定形和半结晶聚酯和共聚酯必须配制有抗粘连剂和其他添加剂。
定义
1)高Tg聚酯和共聚酯树脂是具有如通过差示扫描量热法(DSC)测定的30℃或更高的玻璃化转变温度的那些树脂。
2)低Tg聚酯和共聚酯树脂是具有如通过DSC测定的小于30℃和更低的玻璃化转变温度的那些树脂。
3)无定形聚酯和共聚酯树脂是玻璃态且透明的那些树脂。它们不具有确定的分子排列，因为该结构是非常随机化的并且缠结的。基于玻璃化转变温度，它们在室温下可以是粘性的或脆性的。无定形聚酯和共聚酯树脂不具有如通过DSC或等效技术确定的任何明显的结晶度和熔点并且因此具有10焦耳/克或更小、优选5焦耳/克或更小、并且最优选零焦耳/克的熔化焓。
4)玻璃化转变温度(缩写为Tg)被定义为二级相变其中无定形材料在冷却时变得玻璃态且脆性并且在加热时变软且易延展。
5)半结晶聚酯和共聚酯树脂是具有嵌入更无规的无定形域内的良好排列的结晶相的那些材料。有序的结晶位点赋予树脂诸如韧性和不透明的特性。半结晶聚酯和共聚酯树脂具有如通过DSC或等效技术确定的、针对高度结晶聚丙烯标准的30％或更小的结晶度，和大于10焦耳/克并且最高达50焦耳/克、更优选大于10焦耳/克并且最高达30焦耳/克、并且最优选大于10焦耳/克并且最高达25焦耳/克的熔化热值。

Claims (35)

1.一种待施用到包装薄膜或箔的表面上的溶剂化的、热密封涂层混合物，所述混合物包含：
溶剂；
热密封树脂，该热密封树脂包含无定形或半结晶聚酯或共聚酯，具有在-35℃与0℃之间的玻璃化转变温度(Tg)和在60℃与120℃之间的环球软化点，该热密封树脂可溶于所述溶剂中；和
抗粘连添加剂；
其中，所述混合物当涂覆在包装薄膜或箔上并且干燥以形成热密封涂层时使能够在低至70℃的密封温度下在成形、填充和密封机器上涂覆的表面面对面的热密封。
2.如权利要求1所述的混合物，进一步包含增粘树脂。
3.如权利要求1所述的混合物，包含：
a.按重量计40％至80％的溶剂；
b.按重量计10％至50％的热密封树脂；
c.按重量计0至30％的增粘树脂；和
d.按重量计0.1％至20％的抗粘连添加剂。
4.如权利要求1所述的混合物，其中该溶剂包含以下各项中的一种或多种：乙酸乙酯、甲基乙基酮、丙酮、甲苯、二氧戊环、四氢呋喃、环己烷、二甲苯、乙酸丁酯或氯化的溶剂。
5.如权利要求1所述的混合物，包含：
a.按重量计60％至80％的溶剂；
b.按重量计10％至30％的热密封树脂；
c.按重量计1％至20％的增粘树脂；
d.0.1％至10％的抗粘连添加剂。
6.如权利要求1所述的混合物，其中该热密封树脂是无定形或半结晶聚酯，包含以下二醇中的一种或多种：乙二醇、二乙二醇、丁二醇(1,4-；1,2-；和1,3-)、新戊二醇、2-甲基-1,3-丙烷二醇、己二醇、三羟甲基丙烷、和环己烷二甲醇；和以下酸中的一种或多种：对苯二甲酸二甲酯、对苯二甲酸、间苯二甲酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、环己烷二甲酸、和羟基羧酸。
7.如权利要求1所述的混合物，其中该增粘树脂包含天然的或改性的松香、松香酯、天然萜烯，苯乙烯化的萜烯、芳香烃树脂、芳香族/脂肪族烃类以及它们的部分或完全氢化的衍生物。
8.如权利要求1所述的混合物，其中该热密封树脂包含乙二醇、对苯二甲酸和癸二酸。
9.如权利要求1所述的混合物，其中该热密封涂层锚定到由以下各项制成的包装薄膜或箔：聚酯、聚丙烯、聚氯乙烯、经处理的双轴取向的聚丙烯、双轴取向的聚乙烯、聚乳酸、纤维素、金属箔，而不需要在将该基于溶剂的混合物施用到该薄膜或箔的表面上并且干燥该混合物以在该薄膜或箔的表面上形成该热密封涂层之前将底漆层施用到该薄膜或箔的表面上。
10.如权利要求1所述的混合物，其中该混合物包含按重量百分比计的以下近似浓度：按重量计69.7％的溶剂、按重量计24％的热密封树脂、按重量计3.0％的增粘树脂、按重量计1.9％的蜡、按重量计0.6％的二氧化硅、按重量计0.2％的硬脂基芥酸酰胺、以及按重量计0.6％的滑石。
11.如权利要求1所述的混合物，其中该抗粘连添加剂包含二氧化硅、脂肪酰胺、滑石、蜡、酯蜡和它们的混合物。
12.如权利要求11所述的混合物，其中所述蜡包括石蜡、微晶、聚乙烯、聚丙烯、或天然衍生的蜡。
13.如权利要求1所述的混合物，其中所述热密封树脂是具有10焦耳/克或更小的熔化热值的无定形聚酯或共聚酯。
14.如权利要求1所述的混合物，其中所述热密封树脂是具有大于10焦耳/克并且最高达50焦耳/克的熔化热值的半结晶聚酯或共聚酯。
15.一种用于成形、填充和密封机器的热密封涂覆的包装卷材，所述包装卷材包含：
包括具有两个表面的薄膜或箔的包装卷材；
在该包装卷材的一个表面上施用并且干燥的基于溶剂的、热密封涂层，该热密封涂层至少包含：
a.具有在-35℃与0℃之间的玻璃化转变温度(Tg)和在60℃与120℃之间的环球软化点的无定形或半结晶聚酯或共聚酯；和
b.抗粘连添加剂；
其中，该热密封涂覆的包装卷材能够在低至70℃的温度下以至少300克/线性英寸的密封强度热密封。
16.如权利要求15所述的用于成形、填充和密封机器的热密封涂覆的包装卷材，其中该热密封涂层进一步包含增粘树脂。
17.如权利要求15所述的热密封涂覆的包装卷材，其中施用到该包装卷材的一个表面上的该基于溶剂的、热密封涂层包含以湿形式的以下成分：按重量计40％-80％的溶剂；按重量计10％-50％的热密封树脂；按重量计0-30％的增粘树脂；和按重量计0.1％-20％的抗粘连添加剂。
18.如权利要求15所述的热密封涂覆的包装卷材，其中该包装卷材是由以下材料中的一种或多种制成：聚酯、聚丙烯、尼龙、聚氯乙烯、金属箔或它们的组合。
19.如权利要求15所述的热密封涂覆的包装卷材，其中该热密封涂层以一定图案施用在该包装卷材的表面上。
20.如权利要求15所述的热密封涂覆的包装卷材，其中该包装卷材以卷的形式提供。
21.如权利要求15所述的热密封涂覆的包装卷材，其中该包装卷材是由电晕处理的聚丙烯制成。
22.如权利要求15所述的热密封涂覆的包装卷材，其中其上没有施用该热密封涂层的该包装卷材的表面包含印刷物质。
23.如权利要求15所述的热密封涂覆的包装卷材，其中该热密封涂层具有以干形式的至少约1.5微米的厚度。
24.如权利要求15所述的热密封涂覆的包装卷材，其中所述热密封树脂是具有10焦耳/克或更小的熔化热值的无定形聚酯或共聚酯。
25.如权利要求15所述的热密封涂覆的包装卷材，其中所述热密封树脂是具有大于10焦耳/克并且最高达50焦耳/克的熔化热值的半结晶聚酯或共聚酯。
26.一种用于将热密封涂层施用到包装基底卷材的方法，该方法包括以下步骤：
将一卷包括薄膜或箔的包装卷材供应到印刷机上；
使用该印刷机以将湿的基于溶剂的热密封涂层印刷到该包装卷材的一个表面上，所述基于溶剂的热密封涂层包含溶剂、热密封树脂、以及抗粘连添加剂，该热密封树脂包含具有在-35℃与0℃之间的玻璃化转变温度和在60℃与120℃之间的环球软化点的无定形或半结晶聚酯或共聚酯；
干燥该湿的基于溶剂的、热密封涂层以除去溶剂并且在该包装卷材的表面上留下热密封涂层的干固体层；并且
将该涂覆的并且干燥的包装卷材重绕成卷形式。
27.如权利要求26所述的方法，其中该包装卷材包括聚丙烯薄膜并且该方法进一步包括在将该基于溶剂的热密封涂层施用到薄膜上之前经由电晕放电处理该聚丙烯薄膜的步骤。
28.如权利要求26所述的方法，其中所述热密封树脂是具有10焦耳/克或更小的熔化热值的无定形聚酯或共聚酯。
29.如权利要求26所述的方法，其中所述热密封树脂是具有大于10焦耳/克并且最高达50焦耳/克的熔化热值的半结晶聚酯或共聚酯。
30.如权利要求26所述的方法，其中该包装卷材是由以下材料中的一种或多种制成：聚酯、聚丙烯、尼龙、聚氯乙烯、金属箔或它们的组合。
31.如权利要求26所述的方法，其中该热密封涂层以一定图案施用在该包装卷材的表面上。
32.如权利要求26所述的方法，其中该包装卷材以卷的形式提供。
33.如权利要求26所述的方法，其中该包装卷材是由电晕处理的聚丙烯制成。
34.如权利要求26所述的方法，其中其上没有施用该热密封涂层的该包装卷材的表面包含印刷物质。
35.如权利要求26所述的方法，其中该热密封涂层具有以干形式的至少约1.5微米的厚度。
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