CN110914175A - 具有改进的弹性和硬度性能的双拉带垃圾袋 - Google Patents

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Abstract

产生弹性和硬度的热塑性袋的实施例包括设置在第一通道内的第一拉带，其中所述第一拉带包含密度为0.902g/cc至0.920g/cc的线性低密度聚乙烯；和设置在第二通道内的第二拉带，其中所述第二拉带包含密度为0.940g/cc至0.965g/cc的高密度聚乙烯。

Description

具有改进的弹性和硬度性能的双拉带垃圾袋
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年6月30日提交的标题为《具有改进的弹性和硬度性能的双拉带垃圾袋(DUAL DRAWTAPE TRACH BAGS HAVING IMPROVED ELASTIC AND STIFFNESSPERFORMANCE)》的美国临时专利申请号62/527,422的优先权，其内容以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本文描述的实施例通常涉及具有双拉带的垃圾袋，并且具体地说涉及具有弹性拉带和包含高密度聚乙烯的标准拉带的垃圾袋。
背景技术
在商业消费者垃圾袋中通常发现有两种类型的拉带：标准拉带和弹性拉带。在商业衬袋中发现的两种类型的拉带都具有缺点。带有标准拉带的衬袋具有良好的承载能力，即，拉带条在提起重物时不过度伸长或断裂。但是，标准拉带更难以打开，并且通常无法抓紧垃圾桶，导致当放置重物时袋子塌陷到容器中。弹性拉带确实很好地抓紧垃圾容器并且支撑住重物。然而，弹性拉带伸长过大并且过度，这给消费者在携带垃圾袋时带来不便。
因此，需要协同地组合标准拉带和弹性拉带的益处的垃圾袋。
发明内容
本公开的实施例通过提供具有双拉带的热塑性袋来满足那些需要，所述双拉带使得垃圾袋能够具有期望的弹性和硬度平衡。具体地说，垃圾袋衬里折边的一侧容纳线性低密度聚乙烯(LLDPE)膜，所述膜提供弹性特性，以易于打开并且更好地将衬袋抓紧于垃圾容器上。衬里折边的另一侧装纳高密度聚乙烯(HDPE)膜，以在携带袋子时具有良好的硬度和拉伸性能。
根据本公开的至少一个实施例，提供热塑性袋。热塑性袋包含第一面板和第二面板，第一面板和第二面板在第一侧边缘、第二侧边缘和底边缘处结合在一起。第一面板和第二面板沿第一面板和第二面板的相应顶边缘限定开口并且沿底边缘限定封闭端。热塑性袋还包含限定第一通道的第一折边，第一折边沿第一面板的顶边缘形成。热塑性袋另外包含限定第二通道的第二折边，第二折边沿第二面板的顶边缘形成。此外，热塑性袋还包含设置在第一通道内的第一拉带，其中第一拉带包含密度为0.902g/cc至0.920g/cc的线性低密度聚乙烯；和设置在第二通道内的第二拉带，其中第二拉带包含密度为0.940g/cc至0.965g/cc的高密度聚乙烯。
这些和其它实施例更详细地描述于以下结合附图的具体实施方式中。
附图说明
以下对本公开的具体实施例的详细描述在结合以下图示阅读时可最佳地理解，其中相似的结构用相似的附图标记指示，并且其中：
图1为根据本公开的一个或多个实施例的双拉带垃圾袋的示意性绘图。
图2为根据本公开的一个或多个实施例的双拉带垃圾袋当被抓紧于垃圾容器上时的示意性绘图。
图3为根据本公开的一个或多个实施例的双拉带垃圾袋当双拉带伸长以用于密封时的示意性绘图。
图5为说明实例中的拉带伸长后的弹性恢复百分比的条形图。
图6为说明实例中的拉带的承载能力的条形图。
图7为说明与具有标准拉带或弹性拉带的常规垃圾袋相比，根据本发明实施例的双拉带垃圾袋的承载能力的条形图。
具体实施方式
现在将描述本申请的具体实施例。然而，本公开可以以不同的形式体现，并且不应被理解为限于本公开所提出的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完整的，并且将主题的范围充分传递给本领域的技术人员。
术语“聚合物”是指通过使单体(无论具有相同或不同类型)聚合来制备的聚合化合物。因此，通用术语聚合物涵盖术语“均聚物”，其通常用于指仅由一种类型单体制备的聚合物；以及“共聚物”，其是指由两种或更多种不同单体制备的聚合物。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。因此，通用术语互聚物包括共聚物，以及由多于两种不同类型的单体制备的聚合物，如三元共聚物。
“聚乙烯”或“基于乙烯的聚合物”应意指包含大于50重量％的衍生自乙烯单体的单元的聚合物。其包括聚乙烯均聚物或共聚物(意指衍生自两种或更多种共聚单体的单元)。本领域中已知的聚乙烯的常见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)；单位点催化的线性低密度聚乙烯，包括线性和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)。
“标准拉带”和“高密度拉带”被同义地使用，并且是指包含密度为0.940至0.965g/cc的HDPE的拉带。
如本文所用，“多层拉带”是指具有通常经由共挤出而形成的多个层的结构。相比之下，“单层拉带”为单层膜。如本文所用，“双拉带”是指本公开的实施例，其在一个衬里折边上具有LLDPE膜，而在另一个衬里折边上具有HDPE膜。
现在将详细参考本公开的各种热塑性袋实施例。参考图1，热塑性袋10包含第一面板12和第二面板22。第一面板12和第二面板22在第一侧边缘18、第二侧边缘28和底边缘29处结合在一起。第一面板12和第二面板22沿第一面板12的相应顶边缘19、23限定开口25。此外，由于第一面板12和第二面板22沿底边缘29接合，因此第一面板12和第二面板22限定封闭端。
再次参考图1，热塑性袋10包含沿第一面板12的顶边缘19形成的第一折边16。此外，热塑性袋10包含沿第二面板22的顶边缘23形成的第二折边26。如图所示，第一折边16为从第一面板12的顶边缘19延伸并且密封到第一面板12的热塑性折板，使得在第一折边16和第一面板12之间形成第一通道。类似地，第二折边26为从第二面板22的顶边缘23延伸并且密封到第二面板22的热塑性折板，使得在第二折边26和第二面板22之间形成第二通道。
热塑性袋10包含设置在第一通道内的第一拉带30和设置在第二通道内的第二拉带40。此外，第一面板12具有沿第一面板12的顶边缘19定位的第一拉带接触孔17。第一拉带接触孔17允许外部接触第一拉带30。第二面板22具有沿第二面板22的顶边缘23定位的第二拉带接触孔27。第二带子接触孔27允许外部接触第二拉带40。
用于生产热塑性袋的各种方法对于本领域普通技术人员来说为熟悉的。举例来说，第一面板12、第二面板22和/或第一拉带12和第二拉带22可进行表面改性，如环轧、纵向取向(MDO)拉伸或压花。
可被认为是弹性拉带的第一拉带30包含密度为0.902g/cc至0.920g/cc的线性低密度聚乙烯(LLDPE)。第二拉带40包含密度为0.940g/cc至0.965g/cc的高密度聚乙烯。在一个实施例中，第一拉带30、第二拉带40或两者都包含单层膜。在具体实施例中，第一拉带30和第二拉带40两者都为单层膜。在替代实施例中，第一拉带30和第二拉带40中的一个或两个可包括多层膜。
在第一拉带的另外的实施例中，LLDPE的密度可为0.902g/cc至0.918g/cc，或0.902至0.915g/cc。此外，当根据ASTM D1238在190℃和2.16kg载荷下测量时，LLDPE的熔融指数I2可小于10克/10分钟。在另外的实施例中，具体地说在其中第一拉带为吹塑膜的实施例中，LLDPE的熔融指数I2可为0.1至2克/10分钟，或0.5至1.5克/10分钟。对于流延膜实施例，LLDPE的熔融指数可大于2克/10分钟。
第一拉带可包含按存在于第一拉带中的聚合物的总重量计大于55wt％、或大于65wt％、大于75wt％、大于80wt％、大于90wt％、或大于95wt％的LLDPE。在另一个实施例中，第一拉带可由LLDPE组成。
在第二拉带的另外的实施例中，HDPE的密度可为0.945g/cc至0.965g/cc。此外，在第二拉带的其它实施例中，高密度聚乙烯的熔融指数I2可为0.01至1克/10分钟，或0.05至1克/10分钟。
第二拉带可包含按存在于第二拉带中的聚合物的总重量计大于55wt％、或大于65wt％、大于75wt％、大于80wt％、大于90wt％、或大于95wt％的HDPE。在另一个实施例中，第二拉带可由HDPE组成。
测试方法
测试方法包括以下：
熔融指数(I2)
根据ASTM D-1238在190℃下于2.16kg下测量熔融指数(I2)。数值以克/10分钟为单位报告，其与每10分钟洗脱的克数相对应。
密度
根据ASTM D4703制备用于密度测量的样品，并且以克/立方厘米(g/cc或g/cm3)为单位报告。测量是在使用ASTM D792方法B按压样品一小时内进行的。
实例
以下实例说明本公开的特征，但并不意图限制本公开的范围。以下实验基于以下参数将双拉带与常规拉带的性能进行比较：1)易于打开；2)弹性恢复百分比；和3)承载能力。
流程
使用Instron仪器收集实验结果，测试拉带的弹性和刚度两者。使用修改的拉伸罩(Stretch Hooder)60/40实验(ASTM D-4649)测量拉带的弹性性能。为了测试膜的刚度，进行标准拉伸测试(ASTM D882)，并且测量作为应变的函数的载荷。下文更详细地描述两种方法。
由于双拉带概念涉及两个单独的膜，即弹性膜和高密度膜，因此在进行任何Instron实验之前，将这两个膜密封在一起。实施的密封流程类似于热密封强度程序(ASTMF88)，其具有以下步骤：
1.切割每个弹性膜和高密度膜的8×8英寸样品。
2.将两个样品沿膜的横向使用下表1的密封条件进行密封(所有拉伸测试均在纵向上进行)
表1：密封条件
停留时间 0.6秒
压力 60psi
密封温度 110-122℃
3.然后，将样品调节至少24小时，并且然后在纵向上切成1英寸条。
为了测试标准拉带，在不密封的情况下对膜进行单独测试。
修改的拉伸罩60/40测试包括分别将应变百分比从60/40改变为12/6，和将保持时间从15秒改变为2秒。实验如下进行：
1.将1英寸样品条(密封和单独的膜)在Instron上在机器方向上以5英寸夹持间距拉动。
2.将样品条以20英寸/分钟的速度拉伸至12％的应变，并且保持2秒。然后，十字头恢复到6％的应变，并且保持100秒。
3.然后应变恢复到0％。
从此实验中收集的数据用于计算膜的弹性恢复，即施加以拉伸膜的载荷被释放后恢复多少应变。
使用以下标准方法进行拉伸测试：
1.将1英寸样品条在Instron上在机器方向上拉动。
2.将样品以20英寸/分钟的速度连续拉伸直至其断裂。
还进行被设计成测试垃圾袋内侧的拉带的弹性和刚性特性的应用测试。下文详细解释程序。
拉带抓紧垃圾容器测试为通过/失败测试，其执行如下：
1.将结系在商业衬里垃圾袋的中间(参见图2)
2.将衬里垃圾袋放置在垃圾容器中，确保折边内的拉带紧紧地贴到垃圾桶壁上。
3.将20磅重物放置在垃圾袋中。最初制作的结当重物放置在垃圾袋中时保持重物悬浮，将袋的所有重量集中到拉带上。
4. 2分钟之后，观察拉带是否仍然抓紧于垃圾桶上。如果拉带在指定的时段内支撑住放置的重物，那么其通过。如果拉带不能够提起重物并且衬里垃圾袋塌陷到桶中，那么认为其失败。
为了找到拉带的拉伸性能，在将重物放置在垃圾袋中之前和之后测量拉带的长度。测量拉伸性能的步骤如下：
1.如图3所示，将容纳在折边内的拉带拉出，直到将衬里垃圾袋的开口捆扎起来并且封闭。测量端到端长度，并且将其记为初始长度。
2.重新打开垃圾袋衬里以放置20磅重物。
3.将垃圾袋提离地面并且将拉带膜悬挂到钩上，将重物的应力放置到拉带上。
4. 2分钟后，当膜仍然处于张力下时测量同一端到端长度。
5.伸长百分比使用初始和最终拉带长度来计算。
为了使拉带易于拉伸并且放置在垃圾桶上，建议的拉伸载荷值应保持在5磅以下。当进行抓紧测试时，拉带需要在袋子中承受重物的同时紧紧地保持到垃圾桶壁上。拉带的建议的弹性恢复百分比(来自拉伸罩实验)应为至少75％。
在本实验中，对每个拉带进行4次抓紧应用测试，并且为了使拉带通过，它每次都需要保持到垃圾容器上而不塌陷。
内部研究示出，当承受20磅重物时，拉带膜不应伸长超过30％，因为这可导致垃圾袋拖在地板上，给消费者带来不便。
拉带样品
对于这些实验，在各种样品中使用3种高密度树脂和4种弹性树脂。这些组合物在下表2中总结。如图4-7所示，测试仅具有高密度单层膜的垃圾袋以及仅具有弹性单层膜的垃圾袋。另外，还研究在一个衬里折边中具有高密度单层膜而在另一个衬里折边中具有弹性单层膜的双拉带垃圾袋。
插入衬袋中的拉带膜为1英寸宽。转换机器通常需要2英寸宽的拉带膜卷，所述拉带膜卷在所述工艺期间被切成两半，之后将每个拉带插入其各自的折边中。对于双拉带实施例，设备程序被修改为插入两个不同的1英寸的拉带膜。所需的改变主要在工艺的开始部分进行，即从膜离开卷起始，一直持续到两个拉带遵循单独路径到达它们各自的袋子面板为止。与常规工艺的主要区别包括使两个1英寸的膜卷同时穿过辊，从而在高密度膜和弹性膜两者上都维持良好的张力。两个1英寸的膜并排运行，直到它们到达膜分叉以采取单独路径的区段。
表2：拉带组合物
Figure BDA0002332728200000081
所有膜均采用Lab Tech 5层实验室规模吹塑膜工艺制造。生产线配备有3英寸的模具，其中基于气泡稳定性，模具周长的估计比输出为3-6磅/小时/英寸。工艺条件在下表3中总结。
表3
吹胀比 1:2
规格(密耳) 3.0
规格变化(％) 8.7
熔体温度 410-480
制备弹性树脂1的工艺
在生产表2中的弹性树脂1中，在引入反应环境之前，所有原材料(单体和共聚单体)和工艺溶剂(窄沸程高纯度异链烷烃溶剂Isopar-E)用分子筛纯化。加压氢以高纯度等级供应并且不另外纯化。经由机械压缩机将反应器单体进料流加压至超过反应压力。经由泵将溶剂和共聚单体进料加压至超过反应压力。将各催化剂组分用纯化溶剂手动分批稀释，并且加压至超过反应压力。所有反应进料流量用质量流量计测量，并且用计算机自动阀门控制系统独立控制。
两反应器系统以串联配置使用。每个连续溶液聚合反应器由充满液体的非绝热的等温循环环管反应器组成，其模拟具有除热的连续搅拌槽反应器(CSTR)。可以独立控制所有新鲜溶剂、单体、共聚单体、氢气和催化剂组分进料。通过使进料流经过热交换器，对到每个反应器的总新鲜进料流(溶剂、单体、共聚单体和氢气)进行温控以维持单一溶液相。将到每个聚合反应器的总新鲜进料在两个位置处注入反应器，其中每个注射位置之间的反应器体积大约相等。控制新鲜进料，每个注射器接收总新鲜进料质量流量的一半。通过专门设计的注射插入管将催化剂组分注入每个聚合反应器中。计算机控制主催化剂组分进料以将每种反应器单体转化率维持在指定目标下。将助催化剂组分基于所计算的与主催化剂组分的指定摩尔比进料。紧靠每一反应器进料注射位置，使用静态混合元件将进料流与循环聚合反应器内含物混合。使每个反应器的内含物连续循环通过热交换器，所述热交换器负责去除大量反应热，并且冷却剂侧的温度负责将等温反应环境维持在指定温度下。通过泵提供每个反应器环管周围的循环。
来自第一聚合反应器的流出物(含有溶剂、单体、共聚单体、氢、催化剂组分和聚合物)离开第一反应器环管并且添加到第二反应器环管中。最终反应器流出物(双串联配置的第二反应器流出物)进入一个区域，在所述区域添加合适的试剂(水)并且与其反应使所述最终反应器流出物去活。在此相同的反应器出口位置处添加其它添加剂(如抗氧化剂)以使聚合物稳定。适用于在挤出和吹塑膜制造期间稳定的典型抗氧化剂包括全部由巴斯夫(BASF)供应的
Figure BDA0002332728200000101
1067、
Figure BDA0002332728200000102
168和
Figure BDA0002332728200000103
1010。
在催化剂去活并且添加添加剂之后，反应器流出物进入脱除挥发份系统，其中从非聚合物流去除聚合物。将分离的聚合物熔融物造粒并且收集。非聚合物流穿过将从系统去除的大部分乙烯分离出的设备的各种零件。大部分溶剂和未反应的共聚单体在穿过纯化系统之后再循环回到反应器系统中。从所述工艺中吹扫少量溶剂和共聚单体。
下表4中提供反应器流进料数据和工艺参数。
表4：弹性树脂1的工艺参数
Figure BDA0002332728200000111
为了表现出双拉带实施例的改进的特性。还生产在双拉带样品中发现的使用相同的高密度/弹性树脂重量比(50/50)的其它比较膜。参照表5，比较实例包括含有表2中定义的高密度和弹性树脂的3层共挤出膜，以及还含有如表2中定义的高密度和弹性树脂的单层共混物。两种比较膜的厚度均为3密耳(76.2μm)。
表5：比较实例
Figure BDA0002332728200000121
如下表6所示，还对照市售的垃圾袋评估双拉带。
实验结果
如图4所示，易于打开的功能结果示出，高密度拉带需要极高的载荷来拉伸膜，而在相对的谱上，弹性膜所需的载荷在建议的范围内(低于5磅)。
在双拉带实例中，易于打开功能保持在建议的范围内。不受理论的束缚，这被认为是可能的，因为拉带的弹性部分进行大部分拉伸，同时高密度带保持松弛。双拉带实例将载荷保持在足够低的水平，以保持在建议的范围内。
当将双拉带与比较拉带进行比较时，将单个弹性和高密度组分分离成袋子的相对两侧上的单个膜，这将产生比共混或多层膜优异的性能。结果示出，比较共挤出3层拉带垃圾袋和比较单层共混垃圾袋需要7.3磅力的载荷，而具有相同树脂的双拉带垃圾袋仅需要3.2磅力的载荷。
图5总结从拉伸罩实验获得的弹性恢复结果。类似于弹性拉带，双拉带的弹性恢复在75-95％的范围内，这取决于设计中弹性膜的密度。高密度拉带为无效的，如由恢复值远低于至少75％的期望范围所指示。
图6的拉伸结果总结不同拉带的承载能力。膜的刚度/硬度对于在不过度拉伸的情况下承受垃圾袋内侧的重载荷至关重要。如图6所示，除弹性膜外，所有拉带设计均成功地承受必要的载荷。弹性拉带拉伸至多300％，这对于拉带来说为不可接受的。
对于使用表6的商业袋子进行的应用测试，用于这些实验的商业垃圾袋为
Figure BDA0002332728200000131
Guaranteed StrongTM(标准高密度膜拉带)和Great ValueTM(弹性膜拉带)。
表6
Figure BDA0002332728200000132
如图7所示，带有高密度拉带的衬里垃圾袋产生良好拉伸性能；拉带条在提起重物时不过度伸长。弹性拉带伸长超过30％，这可给消费者在携带垃圾袋时带来不便。双拉带(高密度+弹性)设计具有中等接地性能，同时仍保持在30％的所需伸长率阈值以下。
表6总结所进行的抓紧测试的结果。高密度拉带(Glad)的抓紧测试失败，因为当放置重物时垃圾袋塌陷到容器中。弹性拉带(Great Value)通过，并且双拉带袋子也通过抓紧测试。
总之，实验测试和应用测试两者都示出双拉带与其它拉带解决方案的区别。具体地说，双拉带实例满足所有三个要求-最小化伸长率、易于打开和弹性恢复。举例来说，双拉带热塑性袋需要小于5磅力的载荷力来打开。此外，双拉带热塑性袋的弹性恢复百分比为至少75％。最后，双拉带热塑性袋的伸长百分比小于30％。
相比之下，高密度拉带由于伸长率小而在承受方面为优异的；然而，在剩余2个标准(易于打开和弹性恢复)方面都失败。相反，弹性拉带在低应变下易于拉伸(易于打开)并且表现出良好的弹性恢复，但在提起平均垃圾袋重物时过度伸长。通过共混或多层结构将高密度树脂和弹性树脂两者结合的比较拉带太硬，类似于高密度膜。
显而易见，在不脱离所附权利要求中限定的本公开的范围的情况下，修改和变化为可能的。更具体地，尽管本公开的一些方面在本文识别为优选的或特别有利的，但是预期本公开不必限于这些方面。

Claims (12)

1.一种热塑性袋，其包含：
第一面板和第二面板，所述第一面板和所述第二面板在第一侧边缘、第二侧边缘和底边缘处结合在一起，其中所述第一面板和所述第二面板沿所述第一面板和所述第二面板的相应顶边缘限定开口并且沿所述底边缘限定封闭端；
限定第一通道的第一折边，所述第一折边沿所述第一面板的所述顶边缘形成；
限定第二通道的第二折边，所述第二折边沿所述第二面板的所述顶边缘形成；
设置在所述第一通道内的第一拉带，其中所述第一拉带包含密度为0.902g/cc至0.920g/cc的线性低密度聚乙烯；和
设置在所述第二通道内的第二拉带，其中所述第二拉带包含密度为0.940g/cc0.965g/cc的高密度聚乙烯。
2.根据权利要求1所述的热塑性袋，其中所述第一拉带、所述第二拉带或两者都包含单层膜和共挤出膜。
3.根据前述权利要求中任一项所述的热塑性袋，其中所述第一面板具有沿所述第一面板的所述顶边缘定位的第一拉带接触孔，其中所述第一拉带接触孔允许外部接触所述第一拉带。
4.根据权利要求3所述的热塑性袋，其中所述第二面板具有沿所述第二面板的所述顶边缘定位的第二拉带接触孔，其中所述第二拉带接触孔允许外部接触所述第二拉带。
5.根据前述权利要求中任一项所述的热塑性袋，其中当根据ASTM D1238在190℃和2.16kg载荷下测量时，所述线性低密度聚乙烯的熔融指数I2小于10克/10分钟。
6.根据前述权利要求中任一项所述的热塑性袋，其中所述线性低密度聚乙烯的密度为0.902g/cc至0.918g/cc。
7.根据前述权利要求中任一项所述的热塑性袋，其中所述第一拉带包含按存在于所述第一拉带中的聚合物的总重量计大于55wt％的所述线性低密度聚乙烯。
8.根据前述权利要求中任一项所述的热塑性袋，其中所述高密度聚乙烯的熔融指数I2小于10克/10分钟。
9.根据前述权利要求中任一项所述的热塑性袋，其中所述第二拉带包含按存在于所述第二拉带中的聚合物的总重量计大于55wt％的所述高密度聚乙烯。
10.根据前述权利要求中任一项所述的热塑性袋，其中所述第一拉带包含按存在于所述第一拉带中的聚合物的总重量计大于80wt％的所述线性低密度聚乙烯，并且其中所述第二拉带包含按存在于所述第二拉带中的聚合物的总重量计大于80wt％的所述高密度聚乙烯。
11.根据前述权利要求中任一项所述的热塑性袋，其中所述线性低密度聚乙烯的熔融指数I2为0.1至2克/10分钟。
12.根据前述权利要求中任一项所述的热塑性袋，其中所述高密度聚乙烯的熔融指数I2为0.01至1克/10分钟。
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