CN107709009A - 并有淀粉的多层膜和包含其的物品 - Google Patents
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Abstract
本发明提供包含热塑性淀粉的多层膜和由其形成的物品。在一个实施例中,多层膜包含(a)第一层,包含50到100重量%的密度小于0.930g/cm3并且熔融指数(I2)为2克/10分钟或小于2克/10分钟的线性低密度聚乙烯,(b)第二层,包含50到100重量%的密度小于0.930g/cm3并且熔融指数(I2)为2克/10分钟或小于2克/10分钟的线性低密度聚乙烯,和(c)安置于所述第一层与第二层之间的第三层,其中所述第三层包含至少10重量%的热塑性淀粉和至多90重量%的密度小于0.920g/cm3并且熔融指数(I2)为2克/10分钟或小于2克/10分钟的线性低密度聚乙烯,其中所述第三层的厚度占所述多层膜的厚度的至少30%。
Description
技术领域
本发明涉及并有淀粉的多层膜,和在一些方面,具有相对较高淀粉含量的多层聚乙烯膜。此类膜可以尤其适用于如食品包装的物品。
背景技术
由于其基于油衍生物(如乙烯)的来源,用于食品、工业和专业包装的膜处于压力之下以减少其对环境的影响。使用用于含有可再生组分或基于非衍生自化石燃料的材料(以下称作“环保材料”)的组分的包装的膜受到越来越多的关注。这些环保材料通常随时间经历膜性能的恶化,这使得他们不适合用于包装应用。另外,其机械性能在相较于其它膜时通常为不良的,这使有必要增加膜厚度,进而潜在地抵消可持续性的任何改良。为了解决这些缺点,通常将如聚乙烯的聚合物添加到环保材料中。
含有聚烯烃和淀粉(环保材料)的膜适用于各种不同应用。用于此类膜的常见应用为包装、容器、分离器、分隔件或其类似物。
将淀粉并入聚乙烯膜中的一个难题是:部分地由于淀粉与聚乙烯之间的相容性问题,在使用相对较高含量的淀粉时性能下降。对解决此问题的先前尝试已涉及例如在膜结构中包括乙烯丙烯酸。
期望的是有并有相对较高量的淀粉而无显著性能恶化的聚乙烯膜。
发明内容
本发明提供有利地并有相对较高量的淀粉(例如至少10重量%)同时仍提供期望特性的多层膜。尽管包括淀粉,本发明以补偿某些机械特性损失的方式组合包含各种聚乙烯的若干膜层。本发明在一些实施例中有利地如此做而避免在一个或多个膜层中包括乙烯丙烯酸。在一些实施例中,本发明的多层膜结构可在标准吹塑膜设备上有利地制备,并且可呈现适合用于食品包装(如冷冻食品包装)的机械性能。
在一个方面中,本发明提供包含以下的多层膜:(a)第一层,包含50到100重量%的密度小于0.930g/cm3并且熔融指数(I2)为2克/10分钟或小于2克/10分钟的线性低密度聚乙烯;(b)第二层,包含50到100重量%的密度小于0.930g/cm3并且熔融指数(I2)为2克/10分钟或小于2克/10分钟的线性低密度聚乙烯;和(c)安置于第一层与第二层之间的第三层,其中第三层包含至少10重量%的热塑性淀粉和至多90重量%的密度小于0.920g/cm3并且熔融指数(I2)为2克/10分钟或小于2克/10分钟的线性低密度聚乙烯,其中第三层的厚度占多层膜的厚度的至少30%。
本发明的实施例还提供由本文中所公开的多层膜形成的物品(例如食物包装、冷冻食品包装等等)。
这些实施例和其它实施例更详细地描述于具体实施方式中。
具体实施方式
除非另外规定,否则在本文中百分比是重量百分比(重量%)并且温度以℃为单位。
如本文所用,术语“组合物”包括包含组合物的材料,以及由组合物的材料形成的反应产物和分解产物。
术语“包含”和其派生词并不意图排除任何其它组分、步骤或程序的存在,无论其是否在本文中公开。为了避免任何疑问,除非相反地陈述,否则在本文中通过使用术语“包含”所要求的的所有组合物可包括无论聚合或呈其它形式的任何额外添加剂、佐剂或化合物。相比之下,术语“基本上由……组成”从任何随后列举的范围中排除任何其它组分、步骤或程序,除了对可操作性来说不是必不可少的那些之外。术语“由……组成”排除没有具体叙述或列出的任何组分、步骤或程序。
如本文所用,术语“聚合物”是指通过使相同或不同类型的单体聚合而制备的聚合化合物。通用术语聚合物因此包括术语均聚物(用于指由仅一种类型的单体制备的聚合物,应理解痕量的杂质可并入聚合物结构中)和如下文定义的术语互聚物。痕量杂质可以并入到聚合物之中和/或之内。
如本文所用,术语“互聚物”是指通过使至少两种不同类型的单体聚合而制备的聚合物。通用术语互聚物因此包括共聚物(用于是指由两种不同类型的单体制备的聚合物)和由多于两种的不同类型的单体制备的聚合物。如本文所用,术语“聚合物”是指通过使相同或不同类型的单体聚合而制备的聚合化合物。因此,通用术语聚合物因此包括术语“均聚物”,通常用于指由仅一种单体制备的聚合物,以及“共聚物”,是指由两种或超过两种不同单体制备的聚合物。
“聚乙烯”应意指包含大于50重量%已经衍生自乙烯单体的单元的聚合物。此包括聚乙烯均聚物或共聚物(意指衍生自两种或超过两种共聚单体的单元)。所属领域中已知的常见聚乙烯形式包括:低密度聚乙烯(LDPE);线性低密度聚乙烯(LLDPE);超低密度聚乙烯(ULDPE);极低密度聚乙烯(VLDPE);单一位点催化线性低密度聚乙烯,包括线性及基本上线性低密度树脂(m-LLDPE)两种;中密度聚乙烯(MDPE);和高密度聚乙烯(HDPE)。这些聚乙烯材料一般为所属领域所已知;然而,以下描述可以有助于理解这些不同聚乙烯树脂中的一些之间的差异。
术语“LDPE”也可被称作“高压乙烯聚合物”或“高度支化聚乙烯”,并且定义为意指聚合物在使用自由基引发剂(如过氧化物)的情况下,在高压釜或管状反应器中在高于14,500psi(100MPa)的压力下部分或完全均聚或共聚(参见例如以引用的方式并入本文中的US4,599,392)。LDPE树脂的密度典型在0.916到0.940g/cm3范围内。
术语“LLDPE”包括使用传统齐格勒-纳塔催化剂(Ziegler-Natta catalyst)系统以及单一位点催化剂(如茂金属催化剂(有时称为“m-LLDPE”))和限制几何形状的催化剂制备的树脂,并且包括线性、基本上线性或非均匀聚乙烯共聚物或均聚物。LLDPE含有比LDPE更小的长链分支,并且包括基本上线性乙烯聚合物,其进一步定义于美国专利5,272,236、美国专利5,278,272、美国专利5,582,923和美国专利5,733,155中;均匀支化的线性乙烯聚合物组合物,如美国专利第3,645,992号中的那些;非均匀支化的乙烯聚合物,如根据美国专利第4,076,698号中所公开的方法制备的那些;和/或其掺合物(如US 3,914,342或US 5,854,045中所公开的那些)。可以通过气相、液相或浆液聚合或其任何组合,使用所属领域中已知的任何类型的反应器或反应器构造来制备LLDPE,其中气相和浆液相反应器是最优选的。
术语“MDPE”是指密度为0.926到0.940g/cm3的聚乙烯。“MDPE”通常使用铬或齐格勒-纳塔催化剂或使用单一位点催化剂(如茂金属催化剂)和限制几何形状的催化剂或单一位点催化剂来制备,并且分子量分布(“MWD”)通常大于2.5。
术语“HDPE”是指密度大于约0.940g/cm3的聚乙烯,其通常用齐格勒-纳塔催化剂、铬催化剂或单一位点催化剂(如茂金属催化剂)和限制几何形状的催化剂来制备。
术语“ULDPE”是指密度为0.880到0.912g/cm3的线性低密度聚乙烯,其通常用齐格勒-纳塔催化剂、铬催化剂或单一位点催化剂(如茂金属催化剂)和限制几何形状的催化剂来制备。
除非本文另外指示,否则以下分析方法用于描述本发明的各方面:
熔融指数:根据ASTM D-1238,在190℃下和分别在2.16kg和10kg负载下测量熔融指数I2(或I2)和I10(或I10)。其值是以克/10分钟为单位报告。
密度:根据ASTM D4703来制备用于密度测量的样品。根据ASTM D792,方法B在按压样品的一小时内进行测量。
通过差示扫描式热量计(DSC)测定峰值熔点,其中在230℃下调节膜3分钟,随后以每分钟10℃的速率将其冷却到-40℃温度。在将膜保持在-40℃下3分钟之后,以每分钟10℃的速率将膜加热到200℃。
术语分子量分布或“MWD”定义为重量平均分子量与数目平均分子量的比率(Mw/Mn)。使用习知凝胶渗透色谱法(习知GPC),根据所属领域中已知的方法测定Mw和Mn。
根据ASTM D882测量落镖冲击强度。通过用膜的厚度除以落镖冲击强度(根据ASTMD882测量)来测定标准化落镖冲击强度。
根据ASTM D1922测量埃尔曼多夫撕裂强度(Elmendorf tear strength)。
根据ASTM 527-3测量断裂伸长率。
其它特性和测试方法进一步描述于本文中。
本发明大体上涉及包括相对较高量的淀粉多层膜以及并入此类膜的各种物品(例如包装)。
在一个方面中,多层膜包含:(a)第一层,包含50到100重量%的密度小于0.930g/cm3并且熔融指数(I2)为2克/10分钟或小于2克/10分钟的线性低密度聚乙烯;(b)第二层,包含50到100重量%的密度小于0.930g/cm3并且熔融指数(I2)为2克/10分钟或小于2克/10分钟的线性低密度聚乙烯;和(c)安置于第一层与第二层之间的第三层,其中第三层包含至少10重量%的热塑性淀粉和至多90重量%的密度小于0.920g/cm3并且熔融指数(I2)为2克/10分钟或小于2克/10分钟的线性低密度聚乙烯,其中第三层的厚度占多层膜的厚度的至少30%。在一些实施例中,按多层膜的总重量计,膜的热塑性淀粉总含量是至少15重量%。在一些实施例中,按多层膜的总重量计,膜的热塑性淀粉总含量是至少20重量%。在一些实施例中,按多层膜的总重量计,膜的热塑性淀粉总含量是30重量%或少于30重量%。
在一些实施例中,多层膜第三层的厚度占多层膜的厚度的至少50%。在一些实施例中,第三层的厚度包含至少70%的多层膜的厚度。在一些实施例中,多层膜的第三层是第一层和第二层的至少两倍厚。
在一些实施例中,第一层和/或第二层不含热塑性淀粉。
在一些实施例中,本发明的多层膜不含乙烯丙烯酸。
在不同实施例中,第一层和/或第二层可进一步包含低密度聚乙烯。在一些实施例中,按层的重量计,多层膜的第一层和/或第二层包含50重量%或少于50重量%的低密度聚乙烯。在一些实施例中,按第一层的重量计,多层膜的第一层包含15重量%或少于15重量%的低密度聚乙烯。在一些实施例中,按第二层的重量计,多层膜的第二层包含15重量%或少于15重量%的低密度聚乙烯。
本发明的多层膜可具有如本文中阐述的一或多种期望特性。在一些实施例中,在按照ASTM D882测量落镖冲击强度时本发明的多层膜呈现出至少5克/微米的标准化落镖冲击强度。在一些实施例中,多层膜在按照ASTM D1922测量时呈现出至少400克的纵向埃尔曼多夫撕裂强度,并且在按照ASTM D1922测量时呈现出至少1,000克的横向埃尔曼多夫撕裂强度。在一些实施例中,在按照ASTM 527-3测量时多层膜呈现出400%到500%的断裂伸长率。
本发明的实施例还提供由任何本文所描述的多层膜形成的物品。此类物品的实例可包括弹性包装、袋、直立袋和预制的包装或袋。在一些实施例中,本发明的多层膜可用于食品包装。
尽管膜层中包括淀粉(尤其以相对较高量)可对机械特性有负面影响,但由于淀粉的存在,本发明的实施例使用可有利地补偿某些特性的潜在损失的膜结构。
根据本发明的一些实施例,多层膜包含至少三个层,其中内层包含至少10重量%的热塑性淀粉,安置于第一层与第二层之间。第一层和/或第二层可为或可不为膜或并有膜的物品的外层。举例来说,多层膜可能与形成物品的其它层(例如隔离层、密封层、连接层等等)组合。尽管多层膜可能使用一个或多个连接层与其它层组合,但本发明的实施例可包含与含淀粉的层共挤制的第一层和第二层而不存在连接层。第一层和第二层优选包含聚乙烯而无任何淀粉。
在此类实施例中,第一层包含50到100重量%的线性低密度聚乙烯。在一些实施例中,第一层是表面层。本文中包括并且本文中公开50到100重量百分比(重量%)的所有个别值和子范围;例如线性低密度聚乙烯的量可以是50、60、70、80或90重量%的下限到60、70、80、90或100重量%的上限。举例来说,第一线性低密度聚乙烯的量可为60到100重量%,或在替代方案中为70到100重量%,或在替代方案中为75到95重量%,或在替代方案中为80到95重量%。
在一些实施例中,第一层中的线性低密度聚乙烯可以是茂金属催化的线性低密度聚乙烯、限制几何形状的催化剂(CGC)催化的线性低密度聚乙烯或其它单一位点催化的线性低密度聚乙烯或超低密度聚乙烯(ULDPE)。
线性低密度聚乙烯的密度小于0.930g/cc(cm3)。本文中包括并且本文中公开小于0.930g/cc的所有个别值和子范围;例如线性低密度聚乙烯的密度可以高达0.928、0.925、0.920或0.915g/cc的上限。在本发明的一些方面中,线性低密度聚乙烯的密度大于或等于0.870g/cc。本文中包括并且本文中公开在0.870与0.930g/cc之间的所有个别值和子范围。
第一层中线性低密度聚乙烯的熔融指数可取决于多种因素,包括膜是吹塑膜还是流延膜。在膜是吹塑膜的实施例中,线性低密度聚乙烯的I2小于或等于2.0克/10分钟。本文中包括并且本文中公开自2.0克/10分钟的所有个别值和子范围。举例来说,线性低密度聚乙烯的熔融指数可自2.0、1.7、1.4、1.1或0.9克/10分钟的上限。在本发明的一特定方面,线性低密度聚乙烯的I2下限为0.1克/10分钟。本文中包括并且本文中公开自0.1克/10分钟的所有个别值和子范围。举例来说,线性低密度聚乙烯的I2可大于或等于0.1、0.2、0.3或0.4克/10分钟。
可用于第一层的线性低密度聚乙烯的实例包括可以ELITETM、DOWLEXTM、ATTANETM和AFFINITYTM的名称(包括例如,ELITETM5400G、DOWLEXTM5056G)购自The Dow ChemicalCompany以及以Exceed和Enable的名称购自ExxonMobil Chemical Company的那些。
在第一层包含<100%的线性低密度聚乙烯的实施例中,第一层进一步包含一种或多种其它聚乙烯树脂,例如一种或多种低密度聚乙烯。在此类实施例中,第一层可包含至多50重量%的低密度聚乙烯,优选为15重量%或少于15重量%。本文中包括并且本文中公开5到50重量百分比(重量%)的所有个别值和子范围;例如高密度聚乙烯的量可以是0、5或10重量%的下限到15、20、25、30、35、40或45重量%的上限。举例来说,低密度聚乙烯的量可以是1到20重量%,或在替代方案中为1到15重量%,或在替代方案中为5到15重量%,或在替代方案中为5到12重量%。
低密度聚乙烯的密度为0.916g/cc(cm3)到0.940g/cc。本文中包括并且本文中公开0.916到0.940g/cc的所有个别值和子范围;例如,聚乙烯的密度可以是0.916、0.918、0.920、0.922、0.925、0.928或0.930g/cc的下限到0.930、0.932、0.934、0.936、0.938或0.940g/cc的上限。
第一层中低密度聚乙烯的熔融指数可取决于多种因素,包括膜是吹塑膜还是流延膜。在膜是吹塑膜的实施例中,低密度聚乙烯的I2小于或等于2.0克/10分钟。本文中包括并且本文中公开自2.0克/10分钟的所有个别值和子范围。举例来说,低密度聚乙烯的密度可自2.0、1.7、1.4、1.1或0.9克/10分钟的上限。在本发明的一特定方面,低密度聚乙烯的I2下限为0.1克/10分钟。本文中包括并且本文中公开自0.1克/10分钟的所有个别值和子范围。举例来说,低密度聚乙烯的I2可大于或等于0.1、0.2、0.3或0.4克/10分钟。
可用于第一层的低密度聚乙烯的实例包括可购自The Dow Chemical Company(如LDPE 320E)和LyondellBasell、ExxonMobil Chemical Company以及Borealis AG的那些。
在一些实施例中,第一层可包含其它聚乙烯。在一些实施例中,如上文所描述,第一层仅包含线性低密度聚乙烯或包含线性低密度聚乙烯和低密度乙烯的组合。在一些实施例中,第一层不包括热塑性淀粉。在一些实施例中,第一层不包括乙烯丙烯酸。在一些实施例中,第一层包含至少95重量%的聚乙烯,或在替代方案中至少96重量%的聚乙烯,或在替代方案中至少97重量%的聚乙烯,或在替代方案中至少98重量%的聚乙烯,或在替代方案中至少99重量%的聚乙烯。
现在转而参看第二层,在一些实施例中,第二层可具有与第一层相同的组合物。在其它实施例中,第二层具有与第一层不同的组合物。
在一些实施例中,第二层包含50到100重量%的线性低密度聚乙烯。在一些实施例中,第二层是表面层。在一些如多层膜包含多于三个层的实施例中,第二层是内层。本文中包括并且本文中公开50到100重量百分比(重量%)的所有个别值和子范围;例如线性低密度聚乙烯的量可以是50、60、70、80或90重量%的下限到60、70、80、90或100重量%的上限。举例来说,第一线性低密度聚乙烯的量可为60到100重量%,或在替代方案中为70到100重量%,或在替代方案中为75到95重量%,或在替代方案中为80到95重量%。
在一些实施例中,第二层中的线性低密度聚乙烯可以是茂金属催化的线性低密度聚乙烯、限制几何形状的催化剂(CGC)催化的线性低密度聚乙烯或其它单一位点催化的线性低密度聚乙烯或超低密度聚乙烯(ULDPE)。
线性低密度聚乙烯的密度小于0.930g/cc(cm3)。本文中包括并且本文中公开小于0.930g/cc的所有个别值和子范围;例如线性低密度聚乙烯的密度可以高达0.928、0.925、0.920或0.915g/cc的上限。在本发明的一些方面中,线性低密度聚乙烯的密度大于或等于0.870g/cc。本文中包括并且本文中公开在0.870与0.930g/cc之间的所有个别值和子范围。
第二层中线性低密度聚乙烯的熔融指数可取决于多种因素,包括膜是吹塑膜还是流延膜。在膜是吹塑膜的实施例中,线性低密度聚乙烯的I2小于或等于2.0克/10分钟。本文中包括并且本文中公开自2.0克/10分钟的所有个别值和子范围。举例来说,第一低密度聚乙烯的熔融指数可为2.0、1.7、1.4、1.1或0.9克/10分钟的上限。在本发明的一特定方面,线性低密度聚乙烯的I2下限为0.1克/10分钟。本文中包括并且本文中公开自0.1克/10分钟的所有个别值和子范围。举例来说,第一低密度聚乙烯的I2可大于或等于0.1、0.2、0.3或0.4克/10分钟。
可用于第二层的线性低密度聚乙烯的实例包括可以ELITETM、DOWLEXTM、和AFFINITYTM的名称(包括例如,ELITETM5400G)购自The Dow Chemical Company以及以Exceed和Enable的名称购自ExxonMobil Chemical Company的那些。
在第二层包含<100%的线性低密度聚乙烯的实施例中,第二层进一步包含一种或多种其它聚乙烯树脂,例如一种或多种低密度聚乙烯。在此类实施例中,第二层可包含至多50重量%的低密度聚乙烯,优选为15重量%或少于15重量%。本文中包括并且本文中公开5到50重量百分比(重量%)的所有个别值和子范围;例如高密度聚乙烯的量可以是0、5或10重量%的下限到15、20、25、30、35、40或45重量%的上限。举例来说,低密度聚乙烯的量可以是1到20重量%,或在替代方案中为1到15重量%,或在替代方案中为5到15重量%,或在替代方案中为5到12重量%。
低密度聚乙烯的密度为0.916g/cc(cm3)到0.940g/cc。本文中包括并且本文中公开0.916到0.940g/cc的所有个别值和子范围;例如,聚乙烯的密度可以是0.916、0.918、0.920、0.922、0.925、0.928或0.930g/cc的下限到0.930、0.932、0.934、0.936、0.938或0.940g/cc的上限。
第二层中低密度聚乙烯的熔融指数可取决于多种因素,包括膜是吹塑膜还是流延膜。在膜是吹塑膜的实施例中,低密度聚乙烯的I2小于或等于2.0克/10分钟。本文中包括并且本文中公开自2.0克/10分钟的所有个别值和子范围。举例来说,低密度聚乙烯的密度可自2.0、1.7、1.4、1.1或0.9克/10分钟的上限。在本发明的一特定方面,低密度聚乙烯的I2下限为0.1克/10分钟。本文中包括并且本文中公开自0.1克/10分钟的所有个别值和子范围。举例来说,低密度聚乙烯的I2可大于或等于0.1、0.2、0.3或0.4克/10分钟。
可用于第二层的低密度聚乙烯的实例包括可购自The Dow Chemical Company(如LDPE 320E)和LyondellBasell、ExxonMobil Chemical Company以及Borealis AG的那些。
在一些实施例中,第二层可包含其它聚乙烯。在一些实施例中,如上文所描述,第二层仅包含线性低密度聚乙烯或包含线性低密度聚乙烯和低密度乙烯的组合。在一些实施例中,第二层不包括热塑性淀粉。在一些实施例中,第二层不包括乙烯丙烯酸。在一些实施例中,第二层包含至少95重量%的聚乙烯,或在替代方案中至少96重量%的聚乙烯,或在替代方案中至少97重量%的聚乙烯,或在替代方案中至少98重量%的聚乙烯,或在替代方案中至少99重量%的聚乙烯。
第三层或核心层安置于第一层与第二层之间。在一些实施例中,第三层的第一表面直接接触第一层,并且第三层的第二相反表面直接接触第二层。
在一些实施例中,第三层包含至少10重量%的热塑性淀粉和至多90重量%的密度小于0.920g/cc(g/cm3)的线性低密度聚乙烯。
关于线性低密度聚乙烯,在一些实施例中第三层包含至多90重量%的线性低密度聚乙烯。在一些实施例中,第三层包含至少30重量%的线性低密度聚乙烯。本文中包括并且本文中公开30到90重量百分比(重量%)的所有个别值和子范围;例如线性低密度聚乙烯的量可以是30、40、50、60、70或80重量%的下限到40、50、60、70、80或90重量%的上限。举例来说,第一线性低密度聚乙烯的量可为40到90重量%,或在替代方案中为40到80重量%,或在替代方案中为40到70重量%,或在替代方案中为50到70重量%。期望的多层膜中淀粉总含量可以是决定第三层中线性低密度聚乙烯的量以及层的相对厚度的重要因素。
在一些实施例中,第三层中的线性低密度聚乙烯可以是茂金属催化的线性低密度聚乙烯、限制几何形状的催化剂(CGC)催化的线性低密度聚乙烯或其它单一位点催化的线性低密度聚乙烯或超低密度聚乙烯(ULDPE)。
第三层中线性低密度聚乙烯的密度小于0.920g/cc(g/cm3)。本文中包括并且本文中公开小于0.920g/cc的所有个别值和子范围;例如线性低密度聚乙烯的密度可以高达0.918、0.915、0.910或0.905g/cc的上限。在本发明的一些方面中,线性低密度聚乙烯的密度大于或等于0.870g/cc。本文中包括并且本文中公开在0.870与0.920g/cc之间的所有个别值和子范围。
第三层中线性低密度聚乙烯的熔融指数可取决于多种因素,包括膜是吹塑膜还是流延膜。在膜是吹塑膜的实施例中,线性低密度聚乙烯的I2小于或等于2.0克/10分钟。本文中包括并且本文中公开自2.0克/10分钟的所有个别值和子范围。举例来说,第三层中线性低密度聚乙烯的熔融指数可以是自2.0、1.7、1.4、1.1或0.9克/10分钟的上限。在本发明的一特定方面,线性低密度聚乙烯的I2下限为0.1克/10分钟。本文中包括并且本文中公开自0.1克/10分钟的所有个别值和子范围。举例来说,线性低密度聚乙烯的I2可大于或等于0.1、0.2、0.3或0.4克/10分钟。
可用于第三层的线性低密度聚乙烯的实例包括可以ELITETM和ATTANETM的名称(包括例如ELITETM5100、ATTANETM4100)购自The Dow Chemical Company和购自ExxonMobilChemical Company以及Borealis AG的那些。
在一些实施例中,第三层包含其它聚乙烯。在一些实施例中,第三层不包括乙烯丙烯酸。在一些实施例中,第三层仅包含线性低密度聚乙烯和热塑性淀粉。
关于热塑性淀粉,第三层中热塑性淀粉的量可视多种因素而变化,包括例如:期望的多层膜的淀粉总含量、膜中其它其它层的厚度、膜的其它层是否包括淀粉、膜的期望物理特性等等。
在一些实施例中,仅有第三层或核心层包含热塑性淀粉。在其它实施例中,额外层可安置于第一层与第二层之间,并且此类额外层可包含热塑性淀粉。
在一些实施例中,按第三层的重量计,第三层包含至少10重量%的热塑性淀粉。在一些实施例中,第三层包含至多约70重量%的热塑性淀粉。本文中包括并且本文中公开10到70重量百分比(重量%)的所有个别值和子范围;例如热塑性淀粉的量可以是10、20、30、40或50重量%的下限到20、30、40、50、60或70重量%的上限。举例来说,按第三层的重量计,线热塑性淀粉的量可以是10到60重量%,或在替代方案中为20到60重量%,或在替代方案中为20到50重量%,或在替代方案中为30到50重量%。
在本发明的一些实施例中,按多层膜的重量计,多层膜的热塑性淀粉总含量是至少10重量%。在一些实施例中,多层膜的热塑性淀粉总含量是至少15重量%。在一些实施例中,多层膜的热塑性淀粉总含量是至少20重量%。在一些实施例中,多层膜的热塑性淀粉总含量高达30重量%。
淀粉是丰富、便宜和可再生的材料,其发现于很多种植物来源中,如谷物、块茎、水果和其类似物。淀粉可容易地生物降解,并且当排放时其在环境中不会以有害的材料持续存在。因为淀粉的可生物降解性质,其已经以各种形式并入到多组分组合物中,包括作为填充剂、黏合剂或作为热塑性聚合物掺合物中的成分。如上文详述,在一些实施例中,淀粉是热塑性淀粉,并且仅用于第三层。
来自可能得到热塑性淀粉的淀粉包括但不限于玉米淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、大豆淀粉、木薯淀粉、高直链淀粉或其组合。淀粉包含:两种类型的α-D-葡萄糖聚合物直链淀粉,数目平均分子量约为1×105克/摩尔的基本上线性聚合物;和胶淀粉,极高数目平均分子量约为1×107克/摩尔的高度支化聚合物。各个重复葡萄糖单位具有三个游离羟基,进而提供具有亲水性特性和反应性官能团的聚合物。大多数淀粉含有20到30重量%的直链淀粉和70到80重量%的胶淀粉。然而,取决于淀粉的来源,直链淀粉与胶淀粉的比率可明显变化。举例来说,按淀粉的总重量计,一些玉米混合物提供100重量%胶淀粉(蜡状玉米淀粉)的淀粉,而其它玉米混合物有逐渐升高的50到95重量%范围内的直链淀粉含量。按淀粉的总重量计,淀粉的含水量通常高达约15重量%,优选为2到12重量%。然而,按淀粉的总重量计,可以干燥淀粉以将其含水量降低到低于1重量%。按淀粉的总重量计,本文所用的淀粉通常以结晶度在约15到45重量%范围内的小颗粒形式存在。
可以各种不同形式添加淀粉,例如惰性填充剂,通常以其天然未变性的状态,其为不溶于水的颗粒状材料。在此类情况下,淀粉颗粒将通常表现为任何其它固体粒状填充剂,并且如果存在的话,就改良所得材料的机械特性而言将几乎没有产生帮助。或者,已被胶凝化、干燥随后研磨成粉末的淀粉也可作为粒状填充剂添加。尽管淀粉可能添加为填充剂,但其在第三层中之用途是作为热塑性可处理组分与聚烯烃并且与增容剂结合。
热塑性淀粉相通常包含淀粉和能够使淀粉在加热而非热分解时表现为可形成熔融剂的热塑性材料的塑化剂。
淀粉“天然”或“自然”的形式也可被化学改性以用于第三层。被化学改性的淀粉包括氧化淀粉、醚化淀粉、酯化淀粉、交联淀粉或其组合。被化学改性的淀粉通常通过使淀粉的羟基与一种或多种试剂反应来制备。反应的程度通常称为取代程度(DS),其相较于对应的天然淀粉可显著改变变性淀粉的物理化学特性。对于完全被取代的变性淀粉,天然淀粉的DS范围可高达3。视取代基和DS的类型而定,被化学改性的淀粉相对于天然淀粉可呈现出显著不同的亲水性/疏水性特征。
合适的醚化淀粉包括用乙基和/或丙基取代的淀粉。合适的酯化淀粉包括用乙酰基、丙酰基和/或丁酰基取代的淀粉。下表1展示几个不同的淀粉和其成分。
表1
*所有重量%'s为按淀粉的总重量计。
**N.d.为未测定
按淀粉的总重量计,结晶度在30与42重量%之间、优选在35与40重量%之间的淀粉为优选的。在一些实施例中,淀粉是小麦淀粉。在一些实施例中,淀粉是热塑性小麦淀粉。也可使用玉米淀粉(Maize starch/corn starch)。在一些实施例中,淀粉是马铃薯淀粉,如热塑性马铃薯淀粉。
天然淀粉和被化学改性的淀粉通常都呈现出不良的热塑性特性。为了改良此类特性,可通过用一种或多种塑化剂使其熔融加工来将淀粉转化成热塑性淀粉(TPS)。多元醇通常在制造热塑性淀粉中用作塑化剂。
合适的多元醇包括:甘油、乙二醇、丙二醇、乙烯二甘醇、丙烯二甘醇、乙烯三甘醇、丙烯三甘醇、聚乙二醇、聚丙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,5-己二醇、1,2,6-己三醇、1,3,5-己三醇、新戊基乙二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、山梨糖醇、甘露糖醇和乙酸、乙氧基化物、丙氧基化物衍生物或其组合。在一例示性实施例中,用于热塑性淀粉的塑化剂是甘油。
按淀粉和塑化剂的组合质量计,热塑性淀粉的塑化剂含量是5重量%到50重量%,优选为10重量%到40重量%,并且更优选为15重量%到约30重量%。
可用于本发明的实施例的可商业上获得的热塑性淀粉的一些实例包括可购自Rodenburg Biopolymers B.V.的Flourplast SG2Z热塑性淀粉,和可购自CardiaBiohybrid的Cardia Biohybrid BL-F热塑性淀粉。
如上所述,第三层还可包含增容剂。增容剂通常是不饱和羧酸的共聚物或不饱和羧酸和烯烃聚合物的衍生物。不饱和羧酸的实例为:马来酸(maleic acid)、富马酸(fumaric acid)、衣康酸(itaconic acid)、甲基丙烯酸、丁烯酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、柠康酸(citraconic acid)或其组合。不饱和羧酸的衍生物的实例为:马来酸酐、柠康酸酐、衣康酸酐、丙二酸酐、丁二酸酐、戊二酸酐、己二酸酐、庚二酸酐、辛二酸酐、壬二酸酐、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯或其类似物、或其组合。马来酸酐为优选的接枝化合物。一种或多种、优选一种接枝化合物接枝到烯烃聚合物上。共聚物可以是三元共聚物并且除聚烯烃之外,还可以含有不饱和羧酸以及不饱和羧酸的衍生物。
按第三层的总重量计,用于第三层的增容剂是0.5到10重量%,优选为1到8重量%,并且更优选为2到7重量%。在一个实施例中,按第三层的总重量计,增容剂的重量低于3重量%,优选低于2重量%。在一实施例中,按第三层的总重量计,用于第三层的增容剂的重量是0.5到1.5重量%。
关于层的厚度,第一层和第二层的厚度可为8到50微米,优选为8到20微米。第三层(包含热塑性淀粉的层)的厚度可为15到80微米,优选为30到50微米。在一些实施例中,第三层的厚度是至少30%的多层膜的厚度。在一些实施例中,第三层的厚度是至少50%的多层膜的厚度。在一些实施例中,第三层的厚度是至少70%的多层膜的厚度。在多层膜包含三层膜的一些实施例中,第一层与第三层与第二层的比率可为1:1:1到1:6:1,优选为1:2:1到1:6:1。在一些实施例中,多层膜的总厚度可为25微米到200微米,优选为40到100微米。
在一实施例中,多层物品可具有四个或多于四个层。举例来说,第四层可能安置于与接触第三(核心)层的表面相反的第一层的表面上,而第五层可能安置于与接触第三(核心)层的表面相反的第二层的表面上。第四层和第五层(以及其它层)可包含任何上文所列的聚烯烃。在一些实施例中,仅有第三(核心)层包含热塑性淀粉。
第一层和第二层可黏附于第三层而不用中间物或连接层。简单地说,第一层、第二层和/或第三层中聚烯烃的存在有助于多层膜各相应层之间的黏附。第一层和第二层与第三层直接接触。
除上文所论述的组分外,在一些实施例中,多层膜的任何层可进一步包含一种或多种来自以下组的添加剂,所述组包含:抗氧化剂、紫外光稳定剂、热稳定剂、滑爽剂、防粘连剂、颜料或着色剂、加工助剂、交联催化剂和填充剂。
在一些实施例中,本发明的多层膜可包括相对较高量的淀粉而仍呈现所期望的物理特性。
在一些实施例中,如根据ASTM D882所测量,本发明的多层膜呈现至少5克/微米、优选5到15克/微米的标准化落镖冲击强度。
如根据ASTM D1992所测量,本发明的多层膜呈现至少400克、优选400到1,500克的纵向埃尔曼多夫撕裂值。在一些实施例中,如根据ASTM D1922所测量,本发明的多层膜呈现至少1,000克、优选1,000到1,500克的横向埃尔曼多夫撕裂值。
在一些实施例中,如根据ASTM 527-3所测量,本发明的多层膜呈现至少400%、优选400到500%的断裂伸长率。
在一些实施例中,本发明的多层膜可呈现一种或多种此类物理特性以及其它物理特性。
基于本文中的教示使用本领域的普通技术人员已知的技术通常可制备多层膜。举例来说,多层膜可通过共挤制来制备。第一层、第二层和/或第三层各自由独立的挤制机来挤制,并且彼此接触从而形成多层膜。挤制机可为单螺杆挤制机或多螺杆挤制机(例如双螺杆挤制机)。在一个实施例中,第一层、第二层和/或第三层随后在辊筒研磨机中层合在一起从而形成多层膜。也可使用层合的其它方法,例如压缩模塑法。
而应指出,第一层、第二层和/或第三层可能通过挤制(即,使用共转双螺杆挤制机)来制造,其它器件可用于混合成分以制备相应层。成分的掺合涉及使用剪切力、延伸力、压缩力和热能或包含至少一种前述力和能量形式的其组合,并且在处理设备中进行,其中通过单螺杆、多螺杆、同向旋转互相啮合或反向旋转螺杆、同向旋转非互相啮合或反向旋转螺杆、往复螺杆、带销钉的螺杆、带销钉的机筒、辊、闸板、螺旋转子或包含至少一种前述的组合来施加前述力。
掺合可在反向旋转互相啮合双螺杆挤制机、反向旋转相切双螺杆挤制机、Buss捏合机、封闭式混炼器(Banbury)、辊筒研磨机、Farrel连续混合机或其类似物或包含至少一种前述机器的组合中进行。
本发明的实施例还涉及并有任何本文所描述的多层膜的物品(例如包装、弹性包装、食品包装等等)。
现在将在以下实例中详细地描述本发明的一些实施例。
实例
实例1
制备并且评估并有包含淀粉的层的多层膜。膜具有A/B/A结构。针对60微米的总额定膜厚度,各A层的额定厚度为12微米,并且B层的额定厚度为36微米。表2提供本发明膜1和本发明膜2的组合物。
表2
用于膜的LLDPE A是ELITETM5400G,线性低密度聚乙烯的密度为0.916g/cm3并且熔融指数(I2)为1.0克/10分钟,其可购自The Dow Chemical Company。用于膜的LDPE是DOWTMLDPE 320E,低密度聚乙烯的密度为0.925g/cm3并且熔融指数(I2)为1.0克/10分钟,其可购自The Dow Chemical Company。用于本发明膜1的LLDPE B是ELITETM5100G,线性低密度聚乙烯的密度为0.920g/cm3并且熔融指数(I2)为0.85克/10分钟,其可购自The DowChemical Company。用于本发明膜2的LLDPE C是ATTANETMSL 4100G,线性低密度聚乙烯的密度为0.912g/cm3并且熔融指数(I2)为0.85克/10分钟,其可购自The Dow ChemicalCompany。所使用的热塑性淀粉是可购自Rodenburg Biopolymers B.V的Flourplast SG2Z热塑性淀粉。
使用Dr.Collin 5层吹塑膜生产线将本发明膜制造为吹塑薄膜。为了得到期望的B层厚度,相同的掺合物用于进料3,此类膜结构是A/B/B/B/A。单独的进料生产线分别为25/30/30/25/25(各自以mm为单位)、25:1L/D带槽进料生产线。用于B层的掺合物使用单螺杆BUSS混合机来制备,并且在被进料到膜吹塑单位中之前恰好干燥。按多层膜的总重量计,本发明膜1和2各自的额定热塑性淀粉含量为17重量%。
针对落镖冲击强度(ASTM D882)、断裂伸长率(ASTM 527-3)和埃尔曼多夫撕裂强度(ASTM D1922)评估本发明膜1和2。表3示出结果:
表3
本发明膜1 | 本发明膜2 | |
标准化落镖冲击强度 | 6.14g/μm | 6.90g/μm |
断裂伸长率(纵向) | 449% | 491% |
埃尔曼多夫撕裂(纵向) | 508g | 663g |
埃尔曼多夫撕裂(横向) | 1490g | 1350g |
如表3中所示,本发明膜1和2呈现出良好的物理特性平衡同时有高含量的淀粉(约17重量%)。
实例2
制备两种热塑性马铃薯淀粉用于本实例的本发明组合物。表4展示马铃薯淀粉1(PS-1)和马铃薯淀粉2(PS-2)的组合物,其随后引用于表5中:
表4
成分/特性 | PS-1 | PS-2 |
ELITETM5230G | 70 | 55 |
AMPLIFYTMTY 1057H | 5 | 7.5 |
淀粉+甘油(重量%) | 25 | 37.5 |
甘油 | 6.58 | 11.25 |
马铃薯淀粉(45重量%H2O) | 33.49 | 47.73 |
干燥淀粉近似含量(重量%) | 17 | 25 |
表4中成分的值表现为相对量(例如针对PS-1,如果使用70磅的ELITETM5230,那么使用33.49磅的湿润马铃薯淀粉)。ELITETM5230G是密度为可购自The Dow ChemicalCompany的0.916g/cm3并且熔融指数(I2)为4克/10分钟的线性低密度聚乙烯。AMPLIFYTMTY1057H是可购自The Dow Chemical Company的密度为0.920g/cm3并且熔融指数(I2)为3克/10分钟的马来酸酐接枝的线性低密度聚乙烯。甘油是可购自US Glycerin的基于植物的甘油。马铃薯淀粉是McCain Foods以潮湿粉末(约45%水)提供的废弃马铃薯淀粉。
这些热塑性淀粉掺合调配物在双螺杆挤制机上混合。所有固体成分通过挤压机的主进料喉进料,并且甘油注入到挤压机的机筒3中。用于制造丸剂的挤压机在140到210℃的温度下操作。挤压机中的压力在约300到500磅/平方英寸范围内。PS-1丸剂的干燥淀粉含量为约17重量%,并且PS-2丸剂的干燥淀粉含量为约25重量%。
制备并且评估并有包含淀粉的层的其它多层膜。膜具有A/B/A结构。对于60微米的总额定膜厚度,各A层的额定厚度为8微米,并且B层的额定厚度为44微米。表5提供本发明膜3-5的比较膜A和B的组合物。
表5
LLDPE A和LLDPE C是与实例1中所用的相同的树脂。LDPE B是DOWTMLDPE310E,低密度聚乙烯的密度为0.924g/cm3并且熔融指数(I2)为0.75克/10分钟,其可购自The DowChemical Company。
使用Dr.Collin 5层吹塑膜生产线将本发明膜制造为吹塑薄膜。为了得到期望的B层厚度,相同的掺合物用于进料3,此类膜结构是A/B/B/B/A。单独的进料生产线都为25/30/30/25/25(各自以mm为单位)、25:1L/D带槽进料生产线。用于B层的掺合物使用单螺杆BUSS混合机来制备,并且在被进料到膜吹塑单位中之前恰好干燥。本发明膜的额定热塑性淀粉含量(表现为按多层膜的总重量计的重量百分比)为以下:本发明膜3=10重量%;本发明膜4=20重量%;本发明膜5=20重量%。
针对落镖冲击强度(ASTM D882)、拉伸强度(ISO 527-3)、断裂伸长率(ASTM 527-3)和埃尔曼多夫撕裂强度(ASTM D1922)评估膜。表6示出结果:
表6
Claims (10)
1.一种多层膜,包含:
(a)第一层,包含50到100重量%的密度小于0.930g/cm3并且熔融指数(I2)为2克/10分钟或小于2克/10分钟的线性低密度聚乙烯;
(b)第二层,包含50到100重量%的密度小于0.930g/cm3并且熔融指数(I2)为2克/10分钟或小于2克/10分钟的线性低密度聚乙烯;和
(c)安置于所述第一层与第二层之间的第三层,其中所述第三层包含至少10重量%的热塑性淀粉和至多90重量%的密度小于0.920g/cm3并且熔融指数(I2)为2克/10分钟或小于2克/10分钟的线性低密度聚乙烯,
其中所述第三层的厚度占所述多层膜的厚度的至少30%。
2.根据前述权利要求中任一项所述的多层膜,其中按所述多层膜的总重量计,所述膜的热塑性淀粉总含量是30重量%或少于30重量%。
3.根据前述权利要求中任一项所述的多层膜,其中所述第三层的厚度占所述多层膜的厚度的至少50%。
4.根据前述权利要求中任一项所述的多层膜,其中所述第一层和所述第二层不含热塑性淀粉。
5.根据前述权利要求中任一项所述的多层膜,其中所述第一层进一步包含50重量%或少于50重量%的低密度聚乙烯,并且其中所述第二层进一步包含50重量%或少于50重量%的低密度聚乙烯。
6.根据前述权利要求中任一项所述的多层膜,其中所述膜在按照ASTM D882测量落镖冲击强度时呈现出至少5克/微米的标准化落镖冲击强度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的多层膜,其中所述膜在按照ASTM D1922测量时呈现出至少400克的纵向埃尔曼多夫撕裂强度(Elmendorf tear strength),并且在按照ASTMD1922测量时呈现出至少1,000克的横向埃尔曼多夫撕裂强度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的多层膜,其中所述膜在按照ASTM 527-3测量时呈现出400%到500%的断裂伸长率。
9.根据前述权利要求中任一项所述的多层膜,其中所述多层膜不含乙烯丙烯酸。
10.一种物品,包含根据前述权利要求中任一项所述的多层膜。
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