CN109863027B - 包含微层的不透明热收缩膜 - Google Patents
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Abstract
提供含有颜料的微层,所述颜料可包含直径为约25nm至约200nm范围的碳黑粒子和/或直径为约54nm至约390nm范围的二氧化钛粒子(TiO2)。此类微层可用在膜中,所述膜具有毗邻基质层的芯层,基质层本身毗邻外层。所述芯层可包含1层以上的第一多层,所述第一多层含有直径为约25nm至约200nm范围的碳黑粒子和直径为约54nm至约390nm范围的TiO2粒子中的至少一种。此类膜以至少约90%的不透明度为特征。多层芯层可得到具有至少约27.9g的埃尔门多夫撕裂强度的膜。
Description
技术领域
本公开涉及用于多层热收缩膜的含有以小粒度为特征的颜料成分的薄微层膜。
背景技术
在用于包装应用时,热收缩膜具有在暴露于一定温度时收缩或产生收缩张力的能力。通常,热收缩膜由在挤出或共挤出模头处已被加热至其流动点或熔点的基于热塑性塑料的材料挤出(单层膜)或共挤出(多层膜)。在挤出后,对该膜进行挤出后淬火以冷却该膜。然后可将该膜再加热至其取向温度范围内的温度,以便拉伸该膜来将该膜的微晶和/或分子物理取向或排列。
通常,在挤出后但经受拉伸取向前对所述膜进行照射。典型地使用电子束照射所述膜来在构成膜的聚合物链间诱导交联。
一旦将产品封装在热收缩膜中,则通过使该包装产品经历热空气或热水而使包装产品承受高温。这使得该膜收缩形成包围该封装的包装产品的紧密的包裹。
已经发现,在膜中使用微层使得该微层粘附在其他的层上,而不需要使用连接件,特别是在极性和非极性的层之间。因此,由1个以上的微层形成的膜可在仍提供膜所需要的功能性质的同时,提供更薄的膜。在膜中可包含多个层、特别是多个微层以向该膜提供一定的所需要的功能性。可赋予所述膜的特定功能性的实例可包括可剥离的密封层、致味屏障性质、氧气屏障等。但是,剩下的另外的功能性包括具有颜色和高不透明度的膜以及具有较好的强度的膜。特别是在通常的热收缩膜、特别是包含微层的那些热收缩膜中缺失这些类型的性质。
本领域仍然需要在包含在膜中时赋予膜颜色和一定的所需要的不透明度、优选至少约 90%的不透明度的微层。本领域还进一步需要一种微层,其在包含在膜中时赋予所述膜高度的强度,使得这样的膜可用于苛刻的包装用途以及需要这样的膜的其他用途。
发明内容
本文中公开的各种实施方式涉及微层和由这样的微层构成的膜,其具有高不透明度和良好的强度。不旨在受理论的束缚,本文中说明的微层和技术得到了适合于包装且耐受在这样的包装物品的运输中的苛刻处理的热收缩膜。
在一个实施方式中,微层包含约55wt%至约80wt%的聚乙烯、约2.5wt%至约20wt%的弹性体共聚物和任选的约5wt%至约25wt%的包含亚微米粒子的颜料。优选所述微层的厚度不大于约1.5密耳。在所述微层包含颜料的某些实施方式中,所述微层的不透明度为至少约90%。
在一个实施方式中,所述颜料包含碳黑。在某些实施方式中,所述碳黑包含直径为约25nm至约200nm范围的粒子。此外根据这些实施方式,所述碳黑粒子具有约57.2nm至约72.4nm范围的中位径。
在其他的实施方式中,所述颜料包含二氧化钛(TiO2)。在某些实施方式中,所述TiO2包含直径为约54nm至约390nm范围的粒子。此外根据这些实施方式,所述TiO2粒子具有约137.5nm至约169.2nm的中位径。
在某些实施方式中,所述聚乙烯包含约30wt%至约60wt%的线型低密度聚乙烯、约0wt%至约20wt%的低密度聚乙烯和约10wt%至约30wt%的中密度聚乙烯。在其他的实施方式中,所述弹性体共聚物优选包含具有小于10%重量辛烯的乙烯辛烯共聚物。
在其他的实施方式中,膜包含外层、毗邻所述外层的基质层和毗邻所述基质层的芯层,所述芯层任选地包含含有亚微米粒子的颜料。在一个实施方式中,所述一个以上的第一微层含有直径为约25nm至约200nm范围的碳黑粒子和直径为约54nm至约390nm范围的二氧化钛(TiO2)粒子中的至少一种。在某些实施方式中,所述一个以上的第一微层的厚度不大于约1.5密耳,且所述膜的不透明度为至少约90%。
在一个实施方式中,所述一个以上的第一微层可包含弹性体共聚物。在某些实施方式中,所述弹性体共聚物包含乙烯辛烯共聚物,在优选的实施方式中,具有小于约10%重量辛烯的乙烯辛烯共聚物。
所述膜的所述芯层可另外包含一个以上的第二微层,所述第二微层含有碳黑和TiO2中的至少一种。在某些实施方式中,所述碳黑包含直径为约25nm至约200nm范围的粒子。在某些其他的实施方式中,所述TiO2包含直径为约54nm至390nm范围的粒子。
在一个实施方式中,一个以上的第二微层中的每一个分别隔开一个以上的第一微层中的每一个。此外根据该实施方式,所述芯层包含13层的一个以上的第一微层和12层的一个以上的第二微层。这样的膜以具有至少约27.9g的埃尔门多夫撕裂强度为特征。
再另一个实施方式提供用于制备膜的方法,所述方法包括以下步骤:将流体通过多个微层组件以形成膜状结构,所述流体包含含有一种以上的微粒化合物的颜料,所述微粒化合物具有小于约390nm的直径;排列所述多个微层以形成芯层;挤出毗邻所述芯层放置的基质层;和挤出毗邻所述基质层放置的外层。在一个实施方式中,所述微层的厚度不大于约1.5密耳,且所述膜的不透明度为至少约90%。
通过参阅以下结合附图的说明,其他的方面和实施方式将变得显而易见。但是,所要求保护的主题通过所包含的权利要求特别指出。
附图说明
所公开的主题的上述方面和许多附带优点将变得更容易理解,如同它们通过结合附图参照以下详细说明而变得更好理解,在所述附图中:
图1是根据本文中公开的实施方式的挤出工艺的流程图;
图2A是根据本文中公开的实施方式的含有碳黑粒子的炭母料在40,000X下拍摄的扫描电子显微镜图像;
图2B是根据本文中公开的实施方式的含有碳黑粒子的炭母料在60,000X下拍摄的扫描电子显微镜图像;
图3A是根据本文中公开的实施方式的含有氧化钛粒子的ZODI母料在20,000X下拍摄的扫描电子显微镜图像;
图3B是根据本文中公开的实施方式的含有氧化钛粒子的ZODI母料在30,000X下拍摄的扫描电子显微镜图像;
图4是显示根据本文中公开的实施方式的在150ga(gauge)膜中透明度对炭母料的浓度的图;
图5是显示根据本文中公开的实施方式的对于变化的膜厚度实现100%不透明度所需要的炭母料的浓度的图;
图6A是显示根据本文中公开的实施方式的用于完全收缩包裹的刚性产品的CORTUFF®与CT304、CT306和CT308热收缩膜的性能参数的图;
图6B是显示根据本文中公开的实施方式的用于部分收缩包裹的刚性产品的CORTUFF®与CT304、CT306和CT308热收缩膜的性能参数的图;
图6C是显示根据本文中公开的实施方式的用于不收缩包裹的刚性产品的CORTUFF®与CT304、CT306和CT308热收缩膜的性能参数的图;
图6D是显示根据本文中公开的实施方式的用于完全收缩包裹的半刚性产品的CORTUFF®与CT304、CT306和CT308热收缩膜的性能参数的图;
图6E是显示根据本文中公开的实施方式的用于部分收缩包裹的半刚性产品的CORTUFF®与CT304、CT306和CT308热收缩膜的性能参数的图;
图6F是显示根据本文中公开的实施方式的用于不收缩包裹的半刚性产品的CORTUFF®与CT304、CT306和CT308热收缩膜的性能参数的图;
图6G是显示根据本文中公开的实施方式的用于完全收缩包裹的柔性产品的CORTUFF®与CT304、CT306和CT308热收缩膜的性能参数的图;
图6H是显示根据本文中公开的实施方式的用于部分收缩包裹的柔性产品的CORTUFF®与CT304、CT306和CT308热收缩膜的性能参数的图;
图6I是显示根据本文中公开的实施方式的用于不收缩包裹的柔性产品的CORTUFF®与CT304、CT306和CT308热收缩膜的性能参数的图;
图7是显示根据本文中公开的实施方式的用于完全收缩包裹的小和长的纸板盒的90ga和115ga的黑色不透明热收缩膜的性能参数的图。
具体实施方式
以下将参照附图更全面地说明各种实施方式,其中示出了一些但不是所有的实施方式。虽然可说明一些优选的实施方式,但其他的实施方式可采用许多不同的形式,且所要求保护的主题不应被解释为局限于本文中列举的实施方式。相反,提供这些实施方式使得本公开更彻底且完整,将所要求保护的主题的范围充分传达给本领域技术人员。本文中说明的实施方式不应以任何方式解释为限制所要求保护的主题的范围
除非上下文中清楚地另外指明,如在说明书和所附权利要求中使用的单数形式“一”、“一个”和“该”包含复数指代物。例如,“膜”的提及包含多个这样的膜。
应当理解的是,诸如“前”或“之后”等的相对术语可在本文中使用以描述例如可在图中示例的一个元件与另一个元件的关系。应当理解的是,除了在图中示出的元件的取向之外,相对术语旨在包括元件的不同的取向。应当理解的是,这些术语可用于说明一个或多个元件的相对位置,除非上下文中清楚地另外指明,否则不旨在是限制性的。
本文中参照各种透视图说明实施方式,包括例如为实施方式的理想化版本的图示的透视图。本领域普通技术人员将会理解,在实施所公开的主题时,预期对如在图或说明的透视图中示例的形状进行变更或修改。这样的变更和/或修改可以是制备技术、设计思想等的结果,且本文中这样的变更旨在包含在本发明所公开的主题的范围内,并且如随附的权利要求中进一步阐述。本文中公开的制品和在图中说明或示例的它们各自的部件不旨在反映制品的部件的精确说明或形状,并且不旨在限制所要求保护的主题的范围。
尽管在本文中使用了特定术语,但它们仅在一般性和描述性的意义上使用,而不是为了限制的目的。除非已另外定义术语,否则如本文中使用的包括技术和科学术语的所有术语具有与所要求保护的主题所属领域的普通技术人员通常理解相同的含义。应当进一步理解的是,诸如在通常使用的词典中定义的那些术语应被解释为具有如所要求保护的主题所属领域的普通技术人员通常理解的含义。还应当理解的是,诸如在通常使用的词典中定义的那些术语应当被解释为具有与在相关领域和本公开的背景中的它们的含义一致的含义。除非本公开在此另外明确地如此定义,否则这些通常使用的术语不应被解释为理想化或过于正式的含义。
本文中说明的实施方式涉及热收缩不透明膜或微层。在某些实施方式中,所述微层包含颜料。在优选的实施方式中,所述颜料包含具有纳米范围内的粒度的亚微米粒子。在某些实施方式中,所述微层的不透明度为大于约90%。在某些实施方式中,所述微层的厚度为小于约1.5密耳。在一个实施方式中,所述颜料可包含用于分别形成黑色和白色的有色膜的碳黑和二氧化钛中的一种。在某些实施方式中,可使用碳黑和二氧化钛的组合以使所述膜实现所需要的灰度色阶。
如本文中使用的术语“亚微米粒子”指具有小于1微米的平均直径的粒子。
在一个实施方式中,本文中说明的多层可采用如本文中进一步说明的微层化工艺来挤出。不旨在受理论的束缚,本文中说明的实施方式的多层通常提供具有用于产品保护的改善的抗性的膜,且得到包裹的产品的包装完整性。较小尺寸的CRYOVAC® CT膜也得到更持久的包装解决方案,其包括因减少实现所需要的包装效果的材料的使用而减少的碳足迹,减少来自包装操作的废料的量,和因包装操作中所需要的隧道和密封温度较低而节约能量。
本文中说明的微层已经被发现在CRYOVAC CT系列膜中具有特别的重要性。该CRYOVAC CT系列膜通过在膜内掺入不连续的微层,得到与较厚的常规收缩膜相比具有良好的强度性质和增强的性能能力的膜,从而在包装工业中提供相对新的技术能力。 在用于CRYOVAC CT膜时,本文中说明的多层为产品保护提供改善的抗性,产生包裹产品的包装完整性。较小尺寸的CRYOVAC CT膜也得到更持久的包装解决方案,其包括因减少实现所需要的包装效果的材料的使用而减少的碳足迹,减少来自包装操作的废料的量,和因包装操作中所需要的隧道和密封温度较低而节约能量。
多个层可使用模头和与模头流体连通的一个以上的挤出机来共挤出。所述一个以上的挤出机构造成向所述模头供应一种以上的流体化的聚合物。将一个以上的挤出机维持在足以保持每个挤出机的内容物处于熔化状态的温度。挤出机内的内部螺杆可用于将熔化的聚合物经由导管或管道移动到模头中并通过模头。所述模头将从所述一个以上的挤出机中的每个接收到的熔化内容物转化为薄膜层,其中各层重叠、结合在一起且然后通过模头的排放而排出以共挤出。在离开模头时,将共挤出的膜进行冷却,使得膜转变为固态。这样的冷却可通过使膜经受环境空气和/或在液体淬火浴中淬火该膜来实现。
模头通常构造成具有任意数量的分配板,该分配板用作流体入口和流体出口,该流体出口将存在的成型膜从流体出口沉积到主成型杆上。流体被引导通过分配板的通道,该通道逐渐变得更浅,使得流体呈现较薄的成型轮廓。
从分配板接收的流体层可沉积在直接或间接地布置在已经沉积的膜上的主成型杆上。所形成的膜在排放端处或者通过也称为“模唇”的部件从模头射出。在膜离开模头时,所形成的膜的厚度可通过环形通道进一步减小。
微层组件包含微层成形杆和多个微层分配板。所述微层板中的每一个具有流体入口和流体出口,由此所述流体入口与微层形成杆流体连通,并且构造成将流体的微层沉积到所述微层成型杆上。
微层板的通道例如可以是螺旋形,但是也可采用其他的通道结构,包括但不局限于环形通道、非对称环形通道、心形通道和螺旋形通道。所述通道可具有半圆形或半椭圆形横截面,或者可具有诸如卵形或圆形横截面形状的更完整的形状。
在前进至微层成型杆时,通过微层组件的流体流从大致流状的轴向流转换为大致膜状的汇聚的径向流。这可例如通过螺旋朝向板的中心的通道实现,由此将流体从位于微层板的外围的流体入口引导到接近板中心的出口。或者,随着所述通道形成至流体出口,所述通道可具有逐渐变浅的深度,有效地使流过所述通道的流体的一部分溢流所述通道通过溢流区域,然后以相对平坦的膜状流向所述流体出口径向向内前进。流体出口提供相对窄的流体流动通道,这影响从微层板流动的所形成的微层的厚度。
微层组件可相对于分配板定位,以提供所形成的膜中的一个以上的微层的所需要的位置。例如,微层组件可位于一个以上的上游分配板之间。在其他的实施方式中,多个微层可通过使用多个微层组件而而在整个成品膜中沉积。
共挤出技术的更详细说明可在名称为“Multilayer, Heat-Shrinkable FilmComprising a Plurality of Microlayers”的美国专利号8,012,572中找到,其内容以引用的方式全部并入本文中。
图 1 是描绘根据形成多层膜的实施方式的挤出的流程图。根据该工艺流程图10,使用挤出机A 20、挤出机B 25形成芯层 80的微层,例如微层A 50和微层B 55,分别将挤出机C 30和挤出机D 35用于内皮60和外皮65,分别将挤出机E 40和挤出机F 45用于内基质70和外基质75。图1中示出的该工艺流程图10的膜包含以下层:内皮60、外基质70、芯层80、外基质85和外皮65。所述芯层80含有多个交替层,且在该示例性的实施方式中,含有微层A 50和微层B 55的交替层。因此,例如具有25层的芯层80将包含13层的微层A 50和12层的微层B55。
在一个实施方式中,所述多层膜包含基本上无颜料的微层,由此得到基本上无任何不透明度或基本上无任何颜色的多层膜。在另一个实施方式中,所述多层膜包含具有颜料的微层,使得多层膜变得不透明和/或使得对所述多层膜赋予颜色。
在一个实施方式中,所述内层和/或所述外层中的一者或两者可包含约30wt%至约60wt%的线型低密度聚乙烯、约15wt%至约30wt%的中密度聚乙烯、约15wt%至约40wt%的乙烯醋酸乙烯酯共聚物(在一个实施方式中包含最多约2.5%的醋酸乙烯酯,在另一个实施方式中包含最多约5%的醋酸乙烯酯,或在再另一个实施方式中包含最多约10%的醋酸乙烯酯)、约2wt%至约20wt%的乙烯辛烯共聚物(在不同的实施方式中含有小于10%的辛烯、小于约6%的辛烯或小于约2.5%的辛烯)和约0.5wt%至约2.5wt%的添加剂或一个优选的实施方式中的约1wt%+/-0.1wt%的添加剂。在某些实施方式中,所述添加剂包含抗粘连剂、滑爽剂、抗粘连/滑爽剂和它们的任意组合。
在一个实施方式中,基质包含含有约30wt%至约60wt%的线型低密度聚乙烯、约15wt%至约30wt%的中密度聚乙烯、约15wt%至约40wt%的乙烯醋酸乙烯酯共聚物(在一个实施方式中包含最多约2.5%的醋酸乙烯酯,在另一个实施方式中包含最多约5%的醋酸乙烯酯,或在再另一个实施方式中包含最多约10%的醋酸乙烯酯)和约2wt%至约20wt%的乙烯辛烯共聚物(在不同的实施方式中含有小于10%的辛烯、小于约6%的辛烯或小于约2.5%的辛烯)的树脂。
在一个实施方式中,所述微层包含树脂和颜料。在某些实施方式中,所述微层被构造成提供颜色为黑色的膜。此外根据该实施方式,所述颜料由大约树脂构成,包含约5wt%至约25wt%的碳黑。更进一步地根据该实施方式,所述树脂包含约30wt%至约60wt%的线型低密度聚乙烯、约0wt%至约20wt%的低密度聚乙烯、约10wt%至约30wt%的中密度聚乙烯和约2.5wt%至约20wt%的乙烯辛烯共聚物(在不同的实施方式中含有小于10%的辛烯、小于约6%的辛烯或小于约2.5%的辛烯)。
根据所述微层被构造成提供颜色为白色的膜的实施方式,所述颜料包含约5wt%至约25wt%的二氧化钛。在所述微层被构造成提供颜色为灰色的膜的实施方式中,所述颜料包含约5wt%至约20wt%的碳黑与约5wt%至约20wt%的二氧化钛的组合。
不旨在受理论的束缚,乙烯醋酸乙烯酯(EVA)是一种弹性体聚合物,在合适的浓度下对有它的膜提供柔软性和挠性。类似地,乙烯辛烯共聚物可起弹性体材料的作用。因此,可将该组合称为弹性体聚合物。更一般地说,在一个实施方式中,所述微层可包含约55wt%至约80wt%的聚乙烯、约2.5wt%至约20wt%的弹性体共聚物和约5wt%至约25wt%的颜料。
在一些实施方式中,微层可包含用于制备不透明膜的颜料。在一个实施方式中,所述微层包含对成品膜提供黑色颜色的颜料。此外根据该实施方式,所述颜料包含碳黑。更进一步地根据该实施方式,所述碳黑包含具有直径为约25纳米至200纳米范围的粒度的粒子。在另一些的实施方式中,所述碳黑粒子具有直径为约25纳米至200纳米范围的平均粒度。所选择的粒子的尺寸使得它们比所述微层的厚度小,使得可均匀分散以及改善膜性质。在某些实施方式中,所述碳黑粒子的D50或中位值为约57.2nm至约 72.4nm或约 63.6nm至约65.8nm的范围,碳黑粒子的平均值为约60.0nm至约78.7nm或约66.7nm至约71.0nm的范围,且标准差为约25.8nm至约32.1nm的范围。在所述微层中具有这些纳米范围内的粒度的碳黑的浓度为约至约2wt%至约25wt%、约5wt%至约20wt%、约9wt%至约16wt%或约10wt%至约15wt%。
在另一个实施方式中,所述微层包含对成品膜提供白色颜色的颜料。此外根据该实施方式,所述颜料包含二氧化钛(TiO2)。更进一步地根据该实施方式,所述TiO2包含具有直径为约54纳米至约390纳米范围的粒度的粒子。在另一些实施方式中,所述TiO2粒子具有直径为约54纳米至约390纳米范围的平均粒度。所选择的粒子的尺寸使得它们比所述微层的厚度小,使得可均匀分散以及改善膜性质。在某些实施方式中,所述TiO2粒子的D50或中位值为约137.5nm至约169.2nm或约152.8nm至约153.9nm的范围,所述TiO2粒子的平均值为约154.0nm至约177.9nm或约160.1nm至约161.7nm的范围,且标准差为约68.1nm至约68.5nm的范围。在所述微层中具有这些纳米范围内的粒度的TiO2的浓度为约5wt%至约30wt%、约10wt%至约25wt%或约15wt%至约20wt%。
在再另一个实施方式中,所述微层包含对成品膜提供灰色颜色的颜料。此外根据该实施方式,所述颜料包含碳黑和TiO2。更进一步地根据该实施方式,所述碳黑包含具有直径为约25纳米至约200纳米范围的粒度的粒子,且所述TiO2包含具有直径为约54纳米至约390纳米范围的粒度的粒子。在另一些实施方式中,所述碳黑粒子具有直径为约25纳米至约200纳米范围的平均粒度,且所述TiO2粒子具有直径为约54纳米至约390纳米范围的平均粒度。所选择的粒子的尺寸使得它们比所述微层的厚度小,使得可均匀分散以及改善膜性质。在一个实施方式中,所述碳黑对所述TiO2的重量比为约1:4至约4:1、约1:3至约3:1或约1:2至约2:1。在一个实施方式中,所述碳黑对所述TiO2的优选的重量比为约1:2。
虽然碳黑和TiO2在这些表现中显示为颜料,但这些仅是示例性的。相反,可使用任何类型的可将任何颜色赋予成品膜的颜料。在非限制性实例中,颜料可包含具有RN=R’官能团的偶氮化合物和喹吖啶酮(C20H12N2O2)。例如,颜料可包含提供紫色色调的一种以上的化合物,包含但不限于含有硫的钠和铝的硅酸盐、BaCuSi2O6、正磷酸钴、磷酸锰铵(NH4MnP2O7)、氧化铁(III) (Fe2O3)和杂环化合物的二噁嗪族。
所述颜料可包含提供蓝色色调的一种以上的化合物,包含但不限于含有硫的硅酸钠(Na6-10Al6Si6O24S2-4)、硅酸铜钙(CaCuSi4O10)、硅酸铜钡(BaCuSi4O10)、六氰基高铁酸铁(Fe7(CN)18)、通式 YIn1-xMnxO3、靛蓝(C16H10N2O2)和酞菁铜。
所述颜料可包含提供绿色色调的一种以上的化合物,包含但不限于碱式碳酸铜(Cu3(CO3)2(OH)2)、碱式碳酸铜(Cu2CO3(OH)2)、乙酰亚砷酸铜(Cu(C2H3O2)2·3Cu(AsO2)2)、亚砷酸铜(CuHAsO3)、醋酸铜(Cu(CH3CO2)2)、孔雀石(Cu2CO3(OH)2)、氧化铬(Cr2O3)、CdS与氧化铬的组合以及水合氧化铬(Cr2O3·H2O)。
所述颜料可包含提供黄色色调的一种以上的化合物,包含但不限于单斜晶系硫化砷(As2S3)、硫化镉(CdS)、铬酸铅(PbCrO4)、亚硝酸钴钾(Na3Co(NO2)6)、单水合氧化铁(Fe2O3·H2O)、锡酸铅(Pb2SnO4)、氧化铅锡的硅酸盐(Pb(SnSi)O3)、提供黄色着色的钛基颜料(NiO·Sb2O3·20TiO2)、硫化锡(SnS2)、通过苯胺的偶氮偶联生成的化合物、乙酰乙酰苯胺或其衍生物、二芳基化物颜料、优黄酸(C19H16O10)、单偶氮吡唑啉酮(C16H12Cl2N4O)、异吲哚啉的衍生物(C16H9N5O6)和双乙酰乙酰基芳基化物(C34H28Cl4N6O4)。
所述颜料可包含提供橙色色调的一种以上的化合物,包含但不限于硫硒化镉(CdSe)、铬酸铅(II)与氧化铅(II)的组合(PbCrO4与PbO)和二溴蒽嵌蒽醌(C22H8BR2O2) (提供橘红色调)。
所述颜料可包含提供红色色调的一种以上的化合物,包含但不限于硒化镉(CdSe)、无水氧化铁(Fe2O3)、四氧化三铅(Pb3O4)、硫化汞(HgS)、1,2-二羟基蒽醌(C14H8O4)、萘酚红(C26H22N4O4)和芘酮(C26H12N4O2)。
所述颜料可包含提供棕色色调的一种以上的化合物,包含但不限于氧化铁、氧化锰与氧化铝的组合(Fe2O3、MnO2与AlO3),褐铁矿粘土,和深褐棕(bistre brown)。
所述颜料可包含提供黑色色调的一种以上的化合物,包含但不限于包含碳黑、象牙黑、藤黑、灯黑的碳基颜料,氧化铁(Fe3O4),和氧化钛(III) (Ti2O3)。
所述颜料可包含提供白色色调的一种以上的化合物,包含但不限于三氧化二锑(Sb2O3)、硫酸钡(BaSO2)、碳酸铅((PbCO3)2·Pb(OH)2)、氧化钛(TiO2)和氧化锌(ZnO)。
也可使用各种天然存在的颜料,包含但不限于花黄素(来自植物的颜料)、藤黄(来自某些常绿树的树脂)和茜草色淀(来自茜草属植物的提取物)。
在Hanser/Gardner Publications, Inc.于1996年在辛辛那提出版的由R.Gachter和H. Muller编辑的名称为Plastics Additives Handbook, 第4版的书中,由Dr.E. Herrmann和Dr. W. Damm编写的名称为“Colorants, Part I: Pigments and Dyes”的第11章在表4-7中确定了颜料,该书以引用的方式全部并入本文中。
当然,如本领域普通技术人员将理解的那样,受益于本公开,这些化合物的任何组合可用于提供所需要的色调。优选地,在微层中使用的这些化合物中的任一种以粒子形式存在,所述粒子形式具有与本文中公开的碳黑和/或TiO2的直径相对类似的小直径。在某些实施方式中所述颜料包含亚微米二氧化硅颜料。例如,SYLOJET® A系列或C系列包含这样的亚微米粒子。
构成所述颜料的粒子的所确定的粒度提供具有良好的不透明度和高埃尔门多夫撕裂强度的成品膜,所述不透明度为大于约80%,优选大于约90%。实际上,在规定范围内的颜料的粒度的使用已经被证明提供在整个膜上均匀且一致的成品膜不透明度。
在再另一个实施方式中,所述微层包含对成品膜提供黑色、白色或灰色之外的任何颜色的颜料。此外根据该实施方式,所述颜料包含具有在纳米范围内的较小尺寸的粒子,其对成品膜提供高度的不透明度并提供良好的埃尔门多夫撕裂强度,所述不透明度大于约80%,优选大于约 90%。
虽然所述成品膜的厚度取决于层的数量、特别是膜中包含的微层的数量,但是对于以下膜,所述膜的特征在于具有以下内皮和外皮,所述内皮和外皮均具有基质层,在所述基质层中配置有具有约25层的微层的芯层,该膜将具有约40ga至约300ga、约50ga至约250ga、约60ga至约200ga或约70ga至约150ga范围的厚度。在优选的实施方式中,膜厚度为90ga以上。不旨在受理论的束缚,90ga膜例如提供与膜的某些物理性质平衡的良好的碳足迹。
在一些实施方式中,包含微层的成品膜具有约0%至约20%、约0%至约10%、约0%至约5%、约0%至约1%或约0%至约0.2%范围的透明度。在一些实施方式中,包含微层的成品膜具有约25%至约75%、约40%至约60%或约47%至约52%范围的光泽度。
在一些实施方式中,包含微层的成品膜具有约0.100至约0.200、约0.110至约0.180或约0.116至约0.163范围的系数。在一些实施方式中,包含微层的成品膜具有约0.30g/100in2/day/atm至约1.4g/100in2/day/atm、约0.40g/100in2/day/atm至约1.3g/100in2/day/atm、约0.51g/100in2/day/atm至约1.1g/100in2/day/atm或约0.70g/100in2/day/atm至约1.1g/100in2/day/atm范围的水蒸气透过率(MVTR)。
在一些实施方式中,包含微层的成品膜具有约2,000cc/100in2/day/atm至约10,000cc/100in2/day/atm范围、约3,000cc/100in2/day/atm至约9,000cc/100in2/day/atm范围、约3,085cc/100in2/day/atm至约8,000cc/100in2/day/atm范围或约4,355cc/100in2/day/atm至约8,000cc/100in2/day/atm范围的氧气透过率(OTR)。
在一些实施方式中,包含微层的成品膜具有约10,000psi至约25,000psi范围、约12,500psi至约22,500psi范围、约14,900psi至约19,800psi范围或约15,700psi至约19,800psi范围的纵向(LD)拉伸强度。在一些实施方式中,包含微层的成品膜具有约10,000psi至约25,000psi范围、约12,500psi至约22,500psi范围、约13,900psi至约20,300psi范围或约15,100psi至约20,300psi范围的横向(TD)拉伸强度。
在一些实施方式中,包含微层的成品膜具有约80%至约250%范围、约100%至约200%范围、约120%至约180%范围或约150%至约180%范围的LD断裂伸长率。在一些实施方式中,包含微层的成品膜具有约75%至约225%范围、约100%至200%范围、约99%至约180%范围或约140%至约160 %范围的TD断裂伸长率。
在一些实施方式中,包含微层的成品膜具有约40,000psi至约100,000psi范围、约50,000psi至约90,000psi范围、约43,600psi至约77,100psi范围或约60,600psi至约77,100psi范围的LD模量。在一些实施方式中,包含微层的成品膜具有约40,000psi至约100,000psi范围、约45,000psi至约95,000psi范围、约47,500psi至约88,600psi范围或约 66,800psi至约88,600psi范围的TD模量。
在一些实施方式中,包含微层的成品膜具有约5.0g至约50.0g范围、约10.0g至约45.0g范围、约11.6g至约35.0g范围或约28.3g至约35.0g范围的LD 埃尔门多夫撕裂强度。在一些实施方式中,包含微层的成品膜具有约5.0g至约50.0g范围、约10.0g至约40.0g范围、约13.1g至约33.3g范围或约27.9g至33.3g范围的TD 埃尔门多夫撕裂强度。在某些实施方式中,本文中说明的膜具有大于约10g的埃尔门多夫撕裂强度。
在一些实施方式中,包含微层的成品膜具有约200psi至约400psi范围、约225psi至约375psi范围、约246psi至约340psi范围或约283psi至约340psi范围的LD收缩张力@200°F。在一些实施方式中,包含微层的成品膜具有约300psi至约650psi范围、约350psi至约600psi范围、约410psi至约572psi范围或约536psi至约572psi范围的TD收缩张力@350°F。
在一些实施方式中,包含微层的成品膜具有约5%至约20%范围、约7%至约17%范围、约9%至约14%范围或约11%至约14%范围的LD自由收缩@200°F。在一些实施方式中,包含微层的成品膜具有约10%至约25%范围、约12%至约23%范围、约15%至约21%范围或约16%至约21%范围的TD自由收缩@200°F。
测试方法:
以 lbs 测量的峰负荷反映冲击强度。冲击强度根据ASTM D 3763“塑料高速穿透性质的标准测试方法(Standard Test Method for High Speed Puncture Properties ofPlastics”测量。
透明度是由此通过膜观察时能够看到物体的光学清晰度。透明度取决于通过膜材料的光线的通道的直线性。由材料的散射区域引起的光的小偏转导致图像品质的劣化。透明度根据ASTM D 1746“塑料片透明度的标准测试方法(Standard Test Method forTransparency of Plastic Sheeting)”,使用 Zebedee型号CL 100透明度计测量。该仪器被设计成每当图像的区分性是重要属性时测量透明性的程度。
光泽度是由膜表面的评价得到的视觉印象。从表面反射的直接光越多,光泽度的印象越明显。光滑和高度抛光的表面更容易反映图像。若表面粗糙,则光在所有方向上漫散射,导致图像形成品质降低。光泽度根据ASTM D 2457“塑料膜和固体塑料镜面光泽度的标准测试方法(Standard Test Method for Specular Gloss of Plastics Films andSolid Plastics)”,使用BYK-Gardner 型号4535光泽计测量。
产品的透明性受膜的吸收和散射行为影响。用如本文中进一步公开的透明度和雾度说明视觉透明性。光学雾度与相对于总透射光偏离法线方向大于约4度的透射光的比例相关。雾度和总透射率根据ASTM D 1003“透明塑料的雾度和光透射率的标准测试方法(Standard Test Method for Haze and Luminous Transmittance of TransparentPlastics)”,使用 BYK-Gardner 型号 4725 Haze-Gard Plus 仪器测量。
不透明度测量膜遮掩贯穿其的图案的程度。不透明材料具有 100%的不透明度,而近不透明膜典型地为超过80%的不透明度,通常为超过90%的不透明度。颜色/不透明度根据ASTM D 6290“塑料颗粒颜色测定的标准测试方法(Standard Test Method for ColorDetermination of Plastic Pellets)”测量。例如,可使用Hunter Lab 分光光度计测量膜的颜色的度和不透明度的程度 。或者,可按100-%总透射率间接计算不透明度。
颜料的粒度使用扫描电子显微镜(SEM)在最高达颗粒的100,000X的非常高的放大倍数下测量。
实施例
本发明主题的各种实施例包括微层和包含这样的微层的膜。现将说明该概念的特定实施例。下面的实施例仅提供用于说明性目的。
用于测试样品的膜结构包含29层,其中,层1和29为外皮,层2和28为基质。表1确定了实施例的测试样品的通用膜结构。
层3至27为具有交替的微层A (25层中的13层)和微层B (25层中的12层)的25层芯结构。
在实施例的测试样品中使用含有50wt%的聚合物/共聚物树脂和 50wt%的碳黑的代号为炭(CHAR)的黑色母料。炭的碳黑粒子具有25至200纳米范围的直径。粒子的尺寸可由扫描电子显微镜图像测定。图2A是根据一个实施方式的含有碳黑粒子的炭母料在40,000X下拍摄的扫描电子显微镜图像。图2B是根据一个实施方式的含有碳黑粒子的炭母料在60,000X下拍摄的扫描电子显微镜图像。在这些实施例中使用的碳黑母料由Ampacet 公司提供。
表1
在实施例的测试样品中使用含有50wt%的聚合物/共聚物树脂和 50wt%的二氧化钛(TiO2)的代号为ZODI的白色母料。ZODI的TiO2粒子具有54至390nm范围的直径。
表2
图3A是根据一个实施方式的含有二氧化钛粒子的ZODI母料在20,000X下拍摄的扫描电子显微镜图像。图3B是根据一个实施方式的含有二氧化钛粒子的ZODI母料在30,000X下拍摄的扫描电子显微镜图像。在这些实施例中使用的TiO2母料由Ampacet 公司提供。
表2提供图2A和图2B中的碳黑的粒度的扩大取样。该信息表明碳黑粒子的尺寸在约25.4nm至约193.0nm范围,具有约63.6nm至约65.8nm范围的D50或中位值、约66.7nm至约71.0nm范围的平均值和约25.8nm至约32.1nm 范围的标准差。在+/-10%的取样误差下,所述碳黑粒子具有约57.2nm至约72.4nm范围的D50或中位值和约60.0nm至约78.7nm范围的平均值。
表3提供图3A和图3B中的TiO2的粒度的扩大取样。该信息表明TiO2粒子的尺寸在约46.5nm至约194.4nm范围内,具有约152.8nm至约153.9nm范围的D50或中位值、约160.1nm至约161.7nm范围的平均值和约68.1nm至约68.5nm 范围的标准差。在+/-10%的取样误差下,所述TiO2粒子具有约137.5nm至约169.2nm范围的D50或中位值和约154.0nm至约177.9nm的平均值。
外皮的抗粘连剂和滑爽剂包括非晶硅、N,N’-乙撑双硬脂酰胺、油酸酰胺蜡和芥酸酰胺蜡的专有组合。外皮的抗粘连剂特别是碱铝硅酸盐陶瓷球。x%是在芯的微层中使用的炭的百分比,y%是在芯的微层中使用的ZODI的百分比。基质的抗粘连剂为无水硅酸铝。基质层的滑爽1剂包含N,N’-乙撑双硬脂酰胺,而滑爽2剂为芥酸酰胺蜡,滑爽3剂为油酸酰胺。
表3
表4提供根据使用碳黑颜料以提供黑色膜的实施方式的膜的层的示例性组成。
在这些实施例的样品膜的构造中,使用来自Westlake Chemical的EF437AA作为含有2.5%醋酸乙烯酯的乙烯醋酸乙烯酯共聚物。使用来自Dow Chemical公司的DOWLEX™2037母料树脂作为含有乙烯辛烯共聚物的中密度聚乙烯。该母料的共聚物具有约2.5%的共聚单体成分、约0.935g/cm3的密度和约124.7℃的熔点。使用来自Dow Chemical 公司的DOWLEX 2045.05母料树脂提供含有乙烯辛烯共聚物的线型低密度聚乙烯。该母料的共聚物具有约6.5%的共聚单体含量、约0.920g/cm3的密度和约124℃的熔点。
表4
表5提供根据使用二氧化钛颜料以提供白色膜的另一个实施方式的膜的层的示例性组成。
表6提供根据同时使用碳黑和二氧化钛颜料以提供灰色膜的再另一个实施方式的膜的层的示例性组成。
表5
表6
实施例1
将在微层中使用基于碳黑的母料(炭)制备的样品膜列于表7中。
表7
值得注意的是,具有在约20wt%和约30wt%之间的含有碳黑的母料(约10wt%至约15wt%的碳黑)的所有膜的不透明度均具有约100%的不透明度。如实施例5所示,即使是具有约10wt%的含有碳黑的母料与20wt%的含有基于白色的颜料(例如二氧化钛)的母料的组合的膜仍表现出约100%的不透明度。实施例5中的颜料的总组合为约5wt%的碳黑和约10wt%的二氧化钛。
将如表7所示的在微层中含有基于碳黑的母料的膜的其他性质在表8中确定。
实施例2
将在微层中使用基于TiO2的母料(ZODI)制备的样品膜列于表9中。
表8
如表9所示,含有基于白色的颜料(这种情况下为TiO2)的母料得到约57%至约67%的量级的不透明度。在实施例 8 的微层含有40wt%的基于TiO2的颜料的时候,如实施例7所示,即使微层B包含40wt%的含有碳黑颜料的母料,当微层A包含40wt%的含有基于TiO2的颜料的母料时,不透明度仅从57%稍微增加至67%。
表9
通常,90ga膜似乎提供合适的摩擦系数、水蒸气透过率(MVTR)、氧气透过率(OTR)、拉伸强度、%断裂伸长率、模量和收缩张力以及相对于膜厚度平衡时的自由收缩数。在薄得多的膜中这样的稍微优异的性能减少所需要的聚合物/塑料的量,且改善膜的碳足迹。
将如表9所示的在微层中含有基于TiO2的母料的膜的其他性质在表10中确定。
实施例3
为了了解不透明度是否会通过将具有高不透明度的膜堆叠到具有较低能力的膜而得到改善,对如表 11 所示制备的样品堆叠膜进行测试。
如表 11 所示,堆叠膜的不透明度明显通过包含一种具有包含含有基于碳黑的颜料的母料的微层的膜而改善至99%以上的量级,尽管另一种膜具有包含含有基于TiO2的颜料的母料的微层。
表10
表11
实施例4
测定透明度相对于在微层中含有碳黑颜料的母料的浓度的变化。
表12
将这些测试的结果提供在表12中,且图示示于图4中。如表12所示,在将膜的微层中的基于碳黑的母料从5wt%增加至10wt%时,透明度明显改善。
实施例5
膜厚度的改变将支配微层中所需要的母料的量以实现100%不透明度。基于膜的厚度测定实现100%不透明度所需的微层中含有碳黑颜料的母料的浓度。将这些测试的结果提供在表13中,且图示示于图5中。
表13
实施例6
对采用芯层微层技术的各种膜进行运输测试。在这些测试组中,微层基本上不含任何颜料,得到没有任何颜色的基本透明的膜。
在这些测试中分别评价膜类型、袋类型和产品类型测试因子。测试4种膜类型,包括采用共挤出工艺制备的CORTUFF®高滥用收缩膜和3种使用微层的膜(包括:CT308,150ga膜;CT306,90ga膜;和CT304,55ga膜)。应注意的是,尽管CORTUFF膜是不透明的,但为了比较的目的,这些测试的基于微层的膜是透明的。袋类型包括完全收缩(膜接触包装产品的100%表面)、部分收缩(双倍速度通过收缩隧道)和不收缩(在包装产品的边缘与膜袋的外边缘之间具有1”的宽松袋)袋类型,而包装产品类型包括刚性(12”×11”×¾”,木材松树块)、半刚性(14”×14”×2”,纸板服装盒)和柔性(15”×¼”,折叠垫衬纸)。
测试包括四次重复,得到总计144个测试包,以涵盖测试因子的每一种组合。包装从一个位置运输出并被发送到两个远处的位置,且一旦接收,则返回到起始位置。包装的处理以及它们通过的轮轴的数量和类型会影响在最终目的地一旦收到包装的包装状况。144个测试包中的19个在转运途中丢失,这可能至少部分是由于标记的运输项目被意外地从项目中移除所导致的。
基于所评价的包裹角(贡献度为36.4%)、包裹封口(贡献度为27.3%)和包裹面(贡献度为36.4%)的状况计算总体膜性能因子,同时基于所评价的产品粉碎度(贡献度为40%)、产品撕裂度(贡献度为30%)、产品磨损度(贡献度为30%)的状况计算总体包装性能因子。5分(5)是可获得的最佳得分。任何不足都表明膜存在性能问题或包装产品遇到问题。表14提供在测试中回收的每一个包装的平均响应,典型地为4,但是有一些为3,并且少数由于丢失包装而为2 (后者典型地具有较低的平均响应,无论如何这表明在装运时丢失的样品上的包装可能被损坏)。
表14
基于该测试的结果给出以下一般观察结果:(i) 虽然CORTUFF膜与包含微层的膜相比表现良好,但是从膜厚度为2密耳以上的观点,导致加工更加困难并且需要机械折叠来看,它们受到限制;(ii) 完全收缩袋仅提供轻微的压缩保护,因为在施加压碎力时产品难以扩展;(iii) 由于在输送期间膜始终保持在相同的位置,所以完全收缩袋更容易因磨损而成为一体;(iv) 所述膜提供使得产品得到隐藏的不透明膜;(v) 在具有大于或等于70ga的厚度的所有膜中均实现100%的不透明度;(vi) 所述膜提供良好的可密封性和收缩膜性质;(vii) 总体而言,CT 304(55ga膜)的表现不及更厚的膜 ;和(viii) 以整体性质和包装效率的观点,用于包装应用的最小膜厚度为约90ga。
图6A显示用于完全收缩包裹的刚性产品的每一种膜的性能参数。图6B显示用于部分收缩包裹的刚性产品的每一种膜的性能参数。图6C显示用于不收缩包裹的刚性产品的每一种膜的性能参数。如这些图所示,收缩包裹膜,特别是CT306 90ga膜和CT308 150ga膜在用于刚性产品的完全收缩或部分收缩中表现优于CORTUFF高滥用膜或至少同样好。图6C表明在用于刚性产品的不收缩包裹应用时热收缩膜表现不一定同样好。
图6D显示用于完全收缩包裹的半刚性产品的每一种膜的性能参数。图6E显示用于部分收缩包裹的半刚性产品的每一种膜的性能参数。图6F显示用于不收缩包裹的半刚性产品的每一种膜的性能参数。如这些图继续证实,收缩包裹膜,特别是CT306 90ga膜和CT308150ga膜在用于半刚性产品的完全收缩或部分收缩中表现优于CORTUFF高滥用膜或至少同样好。图6F再次表明在用于半刚性产品的不收缩包裹应用时热收缩膜表现不一定同样好。
图6G显示用于完全收缩包裹的柔性产品的每一种膜的性能参数。图6H显示用于部分收缩包裹的柔性产品的每一种膜的性能参数。图6I显示用于不收缩包裹的柔性产品的每一种膜的性能参数。如这些图所示,所有收缩包裹膜在用于柔性产品的完全收缩或部分收缩中表现优于CORTUFF高滥用膜或至少同样好。图6I表明在用于柔性产品的不收缩包裹应用时热收缩膜和CORTUFF高滥用膜表现得几乎同样好。
实施例7
对采用芯层微层技术的各种膜进行运输测试。在这些测试组中,微层包含颜料,得到具有黑色颜色的不透明膜。
在这些测试中各自评价膜类型、袋类型和产品类型测试因子。测试2种膜类型,包括90ga膜和115ga膜。所有袋均为完全收缩(膜接触包装产品的100%表面)。包装产品类型包括长纸板鞋盒和短纸板鞋盒。
用与实施例6中解释的方法相同的方法计算性能因子。表15提供在测试中回收的每一个包装的平均响应(每一种膜类型和包装盒尺寸各4个)。
表15
预计具有90ga以上的厚度的膜表现得相当好。虽然115ga膜表现优于90ga膜,但90ga膜的性能被认为是可接受的。图7显示在这些耐久性测试中每一种不透明膜的对比性能参数。
本文中阐述的实施方式的许多变更和其他的实施方式对于所公开的主题所属领域的技术人员而言是能想到的,具有在本文的说明和相关附图中呈现的教导的益处。本领域技术人员应当理解,在不脱离其广泛的发明构思的情况下,可对本文中说明的实施方式做出改变。因此,应理解的是,所要求保护的主题不限于所公开的特定实施方式,而是旨在涵盖由所包含的权利要求所限定的本公开的精神和范围内的修改。
Claims (15)
1.微层,其包含:
55wt%至80wt%的聚乙烯,
2.5wt%至20wt%的弹性体共聚物,所述弹性体共聚物包含具有小于10%重量辛烯的乙烯辛烯共聚物,和
5wt%至25wt%的颜料,所述颜料包含亚微米粒子;且
其中所述微层的厚度不大于1.5密耳,和所述微层的不透明度为至少90%。
2.权利要求1的微层,其中,所述颜料包含碳黑和二氧化钛(TiO2)中的至少一种。
3.权利要求2的微层,其中,所述碳黑包含直径为25nm至200nm范围的粒子。
4.权利要求3的微层,其中,所述碳黑粒子具有57.2nm至72.4nm的中位径。
5.权利要求2的微层,其中,所述TiO2包含直径为54nm至390nm范围的粒子。
6.权利要求5的微层,其中,所述TiO2粒子具有137.5nm至169.2nm的中位径。
7.权利要求1的微层,其中,所述聚乙烯包含:
30wt%至60wt%的线型低密度聚乙烯,
0wt%至20wt%的低密度聚乙烯,和
10wt%至30wt%的中密度聚乙烯。
8.膜,其包含:
外层,
毗邻所述外层的基质层,和
毗邻所述基质层的芯层,所述芯层包含一个以上的第一微层,所述第一微层是如权利要求1-7中任一项所述的微层。
9.权利要求8的膜,其中,所述膜的不透明度为至少90%。
10.权利要求9的膜,其中,所述颜料包含直径为25nm至200nm范围的碳黑粒子和直径为54nm至390nm范围的二氧化钛(TiO2)粒子中的至少一种。
11.权利要求9的膜,所述芯层另外包含一个以上的第二微层,所述第二微层包含具有亚微米粒子的颜料。
12.权利要求11的膜,其中,所述一个以上的第二微层中的每一个分别隔开所述一个以上的第一微层中的每一个。
13.权利要求12的膜,其中,所述芯层包含十三层的第一微层和十二层的第二微层。
14.权利要求13的膜,其中,所述膜具有至少27.9g的埃尔门多夫撕裂强度。
15.制备膜的方法,其包括:
将流体通过多个微层组件以形成膜状结构,所述流体包含具有一种以上微粒化合物的颜料,所述微粒化合物具有小于390nm的直径,
排列多个如权利要求1-7中任一项所述的微层以形成芯层,
挤出毗邻所述芯层放置的基质层,和
挤出毗邻所述基质层放置的外层;
其中所述微层的厚度不大于1.5密耳,且所述膜的不透明度为至少90%。
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