TW201637867A - 自立袋 - Google Patents
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Abstract
一種可回收自立袋(SUP)係使用具有第一捲材及第二捲材之聚乙烯結構製備而成。該第一捲材及該第二捲材中之每一者皆含有至少一個高密度聚乙烯(HDPE)層以提供勁度。外捲材亦含有較低密度聚乙烯層以用於改良光學性質。層壓結構經印刷於形成該兩個捲材之間的界面以保護印刷之該等層中之一者上。此SUP設計適合於製備多種多樣的可流動食品(包含液體及固體)之包裝。
Description
本發明係關於一種經印刷層壓結構，該經印刷層壓結構藉由將第一聚乙烯捲材(web)層壓至第二聚乙烯捲材而製備。該層壓結構尤其適合於自立袋之製備。
自立袋(「SUP」)包裝作為用於消費者商品之包裝而廣泛用於商業用途中。此等袋對消費者具有吸引力且在經恰當設計時，極高效地利用最小量之聚合材料來製備包裝。
SUP在約50年前首次產生。早期設計使用聚對苯二甲酸乙二酯(PET)層及聚乙烯(PE)層之層壓製件。此類型之設計仍用於商業用途中，擁有具有薄PET層(約0.5密耳或0.12mm厚)及較厚PE層(約3密耳或0.75mm)的典型結構。
關於此SUP設計之問題係由於不同構造材料所致袋非常難以回收。
已知製備「可回收」SUP，該SUP僅用聚乙烯(或用至少95% PE，此乃因諸多回收設施能夠回收含有至少95% PE之共擠或層壓膜作為「純」PE材料)製備。
然而，聚乙烯遭受某些缺點，其使得難以將聚乙烯用作唯一構造材料來設計SUP。
舉例而言，高密度聚乙烯(「HDPE」)提供用於自立結構所需要
之勁度但HDPE之實體性質及光學性質(諸如渾濁度及光澤度)係相對不良的。相比而言，線性低密度聚乙烯(「LLDPE」)提供極良好實體及光學性質但提供不良勁度。中等密度聚乙烯(MDPE)之實體及光學性質通常落在HDPE及LLDPE之實體及光學性質之間中。因此，簡單「全PE」SUP設計將不具有由含有PET層及PE層之先前技術設計提供之光學性質與勁度性質之組合。
本發明允許製備可回收SUP，該可回收SUP使用至少95重量% PE(基於用以製備SUP之聚合材料之總重量)及勁度與光學性質之所期望平衡來製備。
在一項實施例中，本發明提供：一種層壓結構，其由聚合材料製成，該層壓結構包括A)外捲材，其包括A.1)第一A層，其包括HDPE組合物，及A.2)第二A層，其包括選自由LLDPE、MDPE及HDPE組成之群組的聚乙烯；B)內捲材，其包括B.1)第一B層，其與該外捲材接觸，其中該第一B層包括選自由LLDPE及MDPE組成之群組的聚乙烯；B.2)第二B層，其包括HDPE組合物；及B.3)第三B層，其包括密封劑聚乙烯組合物，限制條件係I)該外捲材經層壓至該內捲材；II)該層壓結構係在該外層與該內層之間的界面處印刷；且III)該HDPE、MDPE、LLDPE及密封劑聚乙烯共同地形成用於製備該層壓結構之該聚合材料之至少95重量%。
因此，該層壓結構由聚合材料製成。
在一項實施例中，該聚合材料基本上由不同類型之聚乙烯組成-用以製造此實施例之SUP之唯一聚合材料係聚乙烯。適合類型之聚乙烯包含：1)高密度聚乙烯(HDPE)-具有自約0.95g/cc至約0.97g/cc之密度的聚乙烯均聚物或共聚物；2)中等密度聚乙烯(MDPE)-具有自約0.93g/cc至約0.95g/cc之密度的聚乙烯共聚物；3)線性低密度聚乙烯(LLDPE)-具有自約0.915g/cc至約0.93g/cc之密度的聚乙烯共聚物；及4)密封劑聚乙烯-適合於熱形成封口之製備之聚乙烯材料，尤其係選自由以下各項組成之群組之聚乙烯：1)具有自約0.88g/cc至0.915g/cc之密度的聚乙烯共聚物(「VLDPE」)及2)高壓低密度聚乙烯(LD)-在高壓製程中用自由基起始劑製備之具有自約0.91g/cc至約0.93g/cc之密度的聚乙烯均聚物。
本發明的該層壓結構係使用經層壓在一起之兩個相異捲材而製備。
每一捲材含有至少一個HDPE層。該等HDPE層給該SUP提供剛性/勁度。此等HDPE層由至少一個更低密度聚乙烯(諸如LLDPE)層分離且此更低密度聚乙烯提供抗衝擊性及抗穿刺性。另外，藉由分離剛性HDPE層，該SUP之總體剛性及扭轉強度與在單個層中含有相等量/厚度之HDPE之結構相比得以改良-以可被稱為「I型樑」效應之方式(與廣泛用於建築物之構造之鋼I型樑類似)。
本發明之該層壓結構尤其適合於自立袋(SUP)之製備。
SUP包裝眾所周知。其通常係使用多種眾所周知技術及機器由「捲料(roll stock)」(亦即膜-或本發明之該層壓結構)製備而成。
在美國專利6,722,106及含於彼專利中之參考文獻中提供對SUP設
計及製造之良好檢視(Bartel等人；讓與Recot公司)。
SUP經製造成諸多大小，且通常用於包裝少量(例如自約25密耳至2公升)消費者商品。SUP包裝之內容物通常經闡述為「可流動的」-其中術語「可流動的」意欲囊括顆粒固體(諸如糖果、堅果及早餐穀物食品)；液體(尤其係飲料)；及糊劑/乳劑/果泥(諸如酸乳及嬰兒食品)。在實施例中，SUP經設計以允許所打開包裝之內容物自該SUP容易地流出(及/或直接自該SUP飲用)。舉例而言，SUP之頂部可配備有一體式吸管(對飲料而言)或對糊劑、乳劑、果泥及諸如此類而言配備有噴嘴。此等設計係眾所周知的且一項實例揭示於加拿大專利申請案2,612,940(Rogers)中。
SUP通常在包裝之頂部處打開。SUP可藉助熟習此項技術者所已知之撕條或允許重新閉合包裝之配件(或蓋)或其他蓋/扣合物等來打開。
如先前所指出，習用PET/PE SUP具有勁度(或剛性)與光學性質之平衡，其遠優於SUP之習用「全PE」設計之性質。已知製備具有良好剛性(使用HDPE)之「全PE」SUP，但此等包裝之光學性質係不良的。
在一項實施例中，本發明藉由使用至少一個更低密度聚乙烯層(在內捲材中)來緩解此問題。
在另一實施例中，通過使用成核劑來改良光學性質。在另一實施例中，通過使用外/印刷捲材之機器方向定向(MDO)(如實例中所圖解說明)來改良光學性質。在又一實施例中，藉由在含有成核HDPE層之捲材上使用MDO來改良光學性質。
本發明之層壓結構係用兩個捲材製備，該兩個捲材中之每一者必須含有至少一個HDPE層。第一捲材中之至少一個HDPE層藉由較低密度聚乙烯層與第二捲材中之至少一個HDPE層分離，藉此針對給定量之HDPE使SUP之剛性最佳化。
將兩個捲材層壓在一起。
在一項實施例中，在兩個捲材之間的界面處印刷層壓結構-亦即在第一捲材之內表面上或在第二捲材之外表面上。
以下跟隨對第一(外)捲材；第二(內)捲材；黏合劑及印刷之詳細闡述。
第一(外)捲材形成層壓結構之外壁。
在一項實施例中，在第一捲材與第二(內)捲材之間的界面上印刷本發明之層壓結構。
反過來，此意指需要「透過外捲材觀看」以便看到印刷。因此，期望外捲材具有低渾濁度值。另外，高「光澤度」係合意的，此乃因諸多消費者將高光澤度成品視為高品質之指示。
此外，期望外層給層壓結構提供勁度/剛性，使得由層壓結構製成之SUP將係自支撐的。
因此，對外捲材期望良好光學性質與勁度之平衡。已知，HDPE提供所期望勁度但亦已知HDPE具有不良光學性質。本發明如下解決此問題。
在一項實施例中，在外捲材中使用極薄HDPE層連同較低密度聚乙烯層；且在另一實施例中，外捲材所經受的機器方向定向(MDO)之量足以改良捲材之模數(勁度)及光學性質。
以下跟隨對此兩項實施例之進一步闡述。
一般而言，使用厚單層HDPE膜來形成SUP外捲材可用於提供具有充足勁度之結構。然而，厚HDPE層將遭受不良光學性質。此可藉由印刷外捲材之外(表層)側以形成不透明SUP來解決。然而，此設計並非極抗濫用的，此乃因在SUP之運輸及處置期間可容易地磨損並損壞印刷。
在一項實施例中，本發明藉由針對外捲材提供共擠多層膜來緩解此等問題，在該外捲材中，至少一個層(「層A.1」)由HDPE製備且至少一個層(「層A.2」)由較低密度聚乙烯(諸如LLDPE、LD或VLDPE)製備。
在一項實施例中，HDPE進一步藉由具有自0.1克/10分鐘至10克/10分鐘(尤其自0.3克/10分鐘至3克/10分鐘)之熔融指數I2表徵。
在一項實施例中，LLDPE進一步藉由具有自0.1克/10分鐘至5克/10分鐘(尤其自0.3克/10分鐘至3克/10分鐘)之熔融指數I2表徵。
在一項實施例中，LLDPE進一步藉由使用單活性點觸媒(諸如茂金屬觸媒)進行製備且具有自約2至約4之分子量分佈Mw/Mn(亦即重量平均分子量除以數目平均分子量)表徵。此類型之LLDPE通常被稱為sLLDPE。
在一項實施例中，極低密度聚乙烯(VLDPE)係具有自約0.88g/cc至0.91g/cc之密度及自約0.5g/cc至10g/cc之熔融指數I2的乙烯共聚物。上文所闡述之所有材料係眾所周知且可商購的。
較低密度聚乙烯改良多層捲材之光學。在一項實施例中，多層結構係A/B/A型三層共擠膜，其中A係LLDPE(尤其係單活性點催化LLDPE)且B係HDPE組合物。此類型之膜提供優良光學性質-至已觀察到此等膜中之某些膜比用相同LLDPE製造之單層膜具有更佳光學性質之程度。
在另一實施例中，用於捲材A中之LLDPE摻和有少量(自0.2重量%至10重量%)LD聚乙烯(具有自0.2至5、尤其自0.2至0.8之熔融指數I2)。已觀察到，此等LLDPE與LLDPE及LD之特定摻和物與單獨的LLDPE(特定而言在LLDPE係sLLDPE時)相比具有優越光學性質及優越勁度。
已觀察到，使用具有自約0.2克/10分鐘至0.8克/10分鐘之熔融指數之LD樹脂對此目的尤其有效(且熟習此項技術者通常將此類型之LD樹脂稱為「部分熔融LD」)。
在另一實施例中，用於捲材A中之LLDPE摻和有少量(自0.2重量%至10重量%)HDPE樹脂及成核劑。
如本文中所使用，術語成核劑意欲向熟習製備成核聚烯烴組合物之技術者傳達其習用含義，亦即在聚合物熔體冷卻時改變聚合物之結晶行為之添加劑。
在USP 5,981,636、6,465,551及6,599,971中提供對成核劑之檢視。
可商購且廣泛用作聚丙烯添加劑之習用成核劑之實例係二亞苄基山梨醇酯(諸如以商標MilladTM 3988由Milliken Chemical出售及以商標IrgaclearTM由Ciba Specialty Chemicals出售之產品)。
成核劑應很好地分散於聚乙烯中。所使用之成核劑的量相對小-按重量計係自百萬分之200至百萬分之10,000(基於聚乙烯之重量)，因此熟習此項技術者將瞭解，必須略加注意以確保成核劑經很好地分散。較佳地，將細粒形式(小於50微米，尤其小於10微米)之成核劑添加至聚乙烯以促進混合。
可適合於在本發明中使用之成核劑之實例包含：在USP 5,981,636中揭示之環狀有機結構(及其鹽，諸如二環[2.2.1]庚烯二甲酸二鈉)；在USP 5,981,636中揭示(如在USP 6,465,551中揭示；屬於
Milliken之趙等人)之結構之飽和版本；如在USP 6,599,971(Dotson等人，屬於Milliken)中揭示之具有六氫鄰苯二甲酸結構(或「HHPA」結構)之特定環狀二羧酸之鹽；磷酸鹽，諸如在USP 5,342,868中所揭示之磷酸鹽及以商標名稱NA-11及NA-21由Asahi Denka Kogyo出售之磷酸鹽以及甘油金屬鹽(尤其係甘油鋅)。1,2-環己烷二甲酸之鈣鹽(CAS登記號491589-22-1)通常為HDPE之成核提供良好結果。上文所闡述之成核劑可經闡述為「有機的」(在其含有碳原子及氫原子之意義上)且以將其與諸如滑石及氧化鋅等無機添加劑區分。滑石及氧化鋅通常經添加至聚乙烯(以分別提供抗堵塞及酸清除)且其確實提供某種有限成核功能性。
上文所闡述之「有機」成核劑通常係比無機成核劑更好(但更昂貴)之成核劑。在實施例中，有機成核劑之量係自百萬分之200至百萬分之2000(基於含有成核劑之層中之聚乙烯之總重量)。
已發現，此等LLDPE/HDPE/成核劑摻和物提供優於100% LLDPE之光學性質及高於100% LLDPE之模數(更高勁度)。
在另一實施例中，外捲材係A/B/A型三層共擠膜，其中A係HDPE且B係較低密度聚乙烯，尤其係上文所闡述之LLDPE組合物(包含係與LD之摻和物的LLDPE組合物及係與HD及成核劑之摻和物的LLDPE組合物)。此等膜提供良好剛性。
在另一實施例中，外捲材係多層共擠膜，其包括至少一個HDPE層及至少一個較低密度聚乙烯(諸如MDPE或LLDPE)層。該結構經受機器方向定向(或MDO)。
以下跟隨對此等結構及該等結構之製備之闡述。
MDO捲材由多層膜製備，其中至少一個層由HDPE組合物製備且
至少一個層由具有低於HDPE組合物之密度的聚乙烯組合物製備。
機器方向定向(MDO)係熟習此項技術者所眾所周知的且該程序廣泛闡述於文獻中。MDO在形成膜之後發生。「前體」膜(亦即在MDO程序之前存在之膜)可形成於任何習用膜模製程序中。廣泛用於商業用途中(且適合於製備前體膜)之兩個膜模製程序係吹塑膜程序及鑄造膜程序。
前體膜在MDO程序中經拉伸(或以替代方式陳述，經應變)。拉伸主要係沿一個方向，亦即來自初始膜模製程序之「機器方向」(亦即與橫向方向相反)。膜之厚度隨拉伸而下降。具有10密耳之初始厚度及拉伸之後1密耳之最終厚度的前體膜經闡述為具有10：1之「拉伸比」或「牽伸(draw down)比」且具有10密耳之初始厚度及2密耳之最終厚度的前體膜具有2：1之「拉伸」或「牽伸」比。
一般而言，可在MDO程序期間將前體膜加熱。溫度通常高於聚乙烯之玻璃轉化溫度且低於熔融溫度，且更具體而言，對聚乙烯膜而言通常係自約70℃至約120℃。通常使用加熱輥來提供此熱量。
典型MDO程序利用一系列輥，該等輥以不同速度操作以對膜施加拉伸力。另外，兩個或兩個以上輥可一起協作以對膜施加比較力(或「輥隙(nip)」)。
經拉伸膜通常經過熱(亦即維持在高溫下-通常自約90℃至125℃)以允許經拉伸膜鬆弛。
在美國專利申請案2012/0033901(讓與Votaw)中教示自MDO聚乙烯製備SUP。然而，由Votaw教示之SUP僅由MDO膜及密封劑膜製備。熟習此項技術者將認識到，MDO聚乙烯膜在加熱時易於收縮。因此，當Votaw之MDO包裝經使用時，其可易於收縮及/或皺曲(舉例而言，在熱填充應用中)。相比而言，本發明之層壓結構必須含有第二(內)捲材。此內捲材在熱填充操作期間保護外(MDO)捲材不受過量
熱量之影響。另外，第二捲材經層壓至第一捲材。所得層壓結構提供抵抗收縮力之某種抗性，當SUP曝露於熱量時，該等收縮力可經施加至MDO捲材。
內捲材形成由層壓結構製備之SUP之內側。
內捲材係共擠膜，其包括至少三個層，亦即B.1)第一層(或界面表層層)，其由選自由LLDPE及MDPE組成之群組之至少一個聚乙烯製備；B.2)核心層，其包括HDPE組合物；及B.3)密封劑層(或內表層層)，其由密封劑聚乙烯製備。
以下跟隨進一步闡述。
內捲材之一個表層層係由具有低於HDPE之密度的聚乙烯組合物製備以便提供與由HDPE製備之層相比具有增強之衝擊性及撕裂強度性質的層。在一項實施例中，此層主要由LLDPE製成(包含sLLDPE)，該LLDPE具有自0.3克/10分鐘至3克/10分鐘之熔融指數。
亦可使用大量LLDPE(或sLLDPE)及少量LD(尤其部分熔融LD，如上文所闡述)或者如上文所闡述之LLDPE+HDPE+成核劑摻和物來製備該層。
在另一實施例中，可用MDPE(或MDPE與少量另一聚乙烯之摻和物，諸如與LD之摻和物；及上文所闡述之與HDPE及成核劑之摻和物)製備此表層層。
在一項實施例中，印刷此表層層。因此，併入有促進印刷程序之任一眾所周知膜改質係在本發明之範疇內。舉例而言，表層層可經受電暈處理以改良油墨黏合力。在另一實施例中，表層層可含有失透劑(諸如滑石、氧化鈦或氧化鋅)以改良經印刷表面之外觀。
內捲材包括由HDPE組合物製備之至少一個核心層。
HDPE係常見商業物項。大部分可商購HDPE係由含有至少金屬(尤其係鉻或IV族過渡金屬-Ti、Zr或Hf)之觸媒製備。
由Cr觸媒製成之HDPE通常含有某種長鏈分支化(LCB)。由IV族金屬製成之HDPE通常含有少於由Cr觸媒製成的HDPE之LCB。
如本文中所使用，術語HDPE係指具有自約0.95克/立方釐米(g/cc)至0.97克/立方釐米之密度的聚乙烯(或聚乙烯摻和組合物，如內容脈絡所需要)。在實施例中，HDPE之熔融指數(「I2」)係自約0.2克/10分鐘至10克/10分鐘。
在實施例中，HDPE經提供為摻和組合物，該摻和組合物包括具有相隔至少一個十進位之熔融指數的兩種HDPE。以下跟隨此HDPE摻和組合物之進一步細節。
用於此實施例中之聚乙烯組合物之摻和物組分a)包括具有相對高熔融指數之HDPE。如本文中所使用，術語「熔融指數」打算係指由ASTM D 1238獲得之值(當使用2.16kg重量，在190℃下進行時)。此術語在本文中亦被指代為「I2」(以在10分鐘測試週期期間流動之聚乙烯之克數，或「克/10分鐘」表達)。如熟習此項技術者將認識到，熔融指數I2一般而言與分子量成反比。在一項實施例中，與摻和物組分b)相比，摻和物組分a)具有相對高熔融指數(或以替代方式陳述，相對低分子量)。
在此等摻和物中，摻和物組分a)之I2之絕對值通常大於5克/10分鐘。然而，摻和物組分a)之I2之「相對值」係更重要的，且其通常應
比摻和物組分b)之I2值至少高10倍[其中摻和物組分b)之I2值在本文中被稱為I2‘]。因此，出於圖解說明目的：若摻和物組分b)之I2’值係1克/10分鐘，則摻和物組分a)之I2值較佳地係至少10克/10分鐘。
在一項實施例中，摻和物組分a)可進一步藉由以下各項表徵：i)具有自0.95g/cc至0.97g/cc之密度；及ii)存在於自總HDPE摻和組合物之5重量%至60重量%中(其中摻和物組分b)形成總組合物之剩餘部分)，其中自10重量%至40重量%，尤其係自20重量%至40重量%之量通常係較佳的。可准許使用一個以上高密度聚乙烯來形成摻和物組分a)。
組分a)之分子量分佈[此係藉由將重量平均分子量(Mw)除以數目平均分子量(Mn)而判定，其中Mw及Mn係根據ASTM D 6474-99藉由凝膠滲透層析術而判定]較佳地係自2至20，尤其係自2至4。雖然不希望受理論約束，但據信，組分a)之低Mw/Mn值(自2至4)可改良根據本發明製備之吹塑膜及捲材結構之結晶速率及總體阻隔效能。
摻和物組分b)亦係具有自0.95g/cc至0.97g/cc(較佳地自0.955g/cc至0.968g/cc)之密度的高密度聚乙烯。
摻和物組分b)之熔融指數亦使用2.16kg負載在190℃下藉由ASTM D 1238判定。摻和物組分b)之熔融指數值(在本文中被稱為I2’)低於摻和物組分a)之熔融指數值，從而指示摻和物組分b)具有相對更高分子量。I2’之絕對值較佳地係自0.1克/10分鐘至2克/10分鐘。
組分b)之分子量分佈(Mw/Mn)對本發明之成功並不起關鍵作用，但自2至4之Mw/Mn對組分b)係較佳的。
最終，組分b)之熔融指數除以組分a)之熔融指數之比率較佳地大於10/1。
摻和物組分b)亦可含有一個以上HDPE樹脂。
總體高密度摻和組合物係藉由將摻和物組分a)與摻和物組分b)摻和在一起而形成。在實施例中，此總體HDPE組合物具有自0.5克/10分鐘至10克/10分鐘(較佳地自0.8克/10分鐘至8克/10分鐘)之熔融指數(ASTM D 1238，在2.16kg負載之情況下於190℃下量測)。
摻和物可藉由任何摻和程序而製造，諸如：1)顆粒樹脂之實體摻和；2)將不同HDPE樹脂共饋送至共同擠出機；3)熔融混合(在任何習用聚合物混合設備中)；4)溶液摻和；或5)採用2個或2個以上反應器之聚合程序。
可藉由在擠出機中熔融摻和以下兩種摻和物組分來製備適合HDPE摻和組合物：自10重量%至30重量%之組分a)：其中組分a)係具有自15克/10分鐘至30克/10分鐘之熔融指數I2及自0.95g/cc至0.97g/cc之密度的HDPE樹脂，與自90重量%至70重量%之組分b)：其中組分b)係具有自0.8克/10分鐘至2克/10分鐘之熔融指數I2及自0.95g/cc至0.97g/cc之密度的HDPE樹脂。
適合於組分a)之可商購HDPE樹脂之實例係以商標SCLAIR® 79F出售，其係藉由使用習用戚格樂-納他(Ziegler Natta)觸媒之乙烯之均聚作用而製備的HDPE樹脂。該HDPE樹脂具有18克/10分鐘之典型熔融指數及0.963g/cc之典型密度及約2.7之典型分子量分佈。
適合於摻和物組分b)之可商購HDPE樹脂之實例包含(其中典型熔融指數及密度值展示於括號中)：SCLAIR® 19G(熔融指數=1.2克/10分鐘，密度=0.962g/cc)；MARFLEX® 9659(可自Chevron Phillips獲得，熔融指數=1克/10分鐘，密度=0.962g/cc)；及
ALATHON® L 5885(可自Equistar獲得，熔融指數=0.9克/10分鐘，密度=0.958g/cc)。
使用在不同聚合條件下操作之兩個反應器，藉由溶液聚合程序製備較佳HDPE摻和組合物。此提供HDPE摻和物組分之均勻、原位摻和。此程序之實例闡述於美國專利7,737,220(Swabey等人)中。
在一項實施例中，僅使用乙烯均聚物製備HDPE組合物。若期望使結構之阻隔性質最佳化(最大化)，則此類型之組合物係尤其適合的。
在另一實施例中，可使用共聚物製備HDPE組合物，此乃因此將達成實體性質(尤其係抗衝擊性)之某些改良。在又一實施例中，可將少量(小於30重量%)較低密度聚乙烯摻和至HDPE組合物中(如再次地，此可達成抗衝擊性之某些改良)。
在實施例中，上文所闡述之HDPE摻和組合物與以按重量自約百萬分之300至百萬分之3000(基於HDPE摻和組合物之重量)之量的有機成核劑(如先前所闡述)組合。(先前所闡述)1-2環己烷二甲酸之鈣鹽(CAS 491589-22-1)之使用係尤其適合的。當HDPE組合物含有成核劑時，使用用IV族過渡金屬(尤其係Ti)製備之HDPE組合物係較佳的。
已觀察到，此類型之「成核」核心層提供顯著阻隔性質(亦即水、氣體及油脂之減少之傳輸)，此對於諸多包裝應用係合意的。
另外，已觀察到，成核劑之存在改良HDPE層之模數(與具有相等厚度之非成核層相比)。
上文所闡述之類型之成核HDPE摻和組合物之使用提供對氧及水傳輸之「阻隔」。此阻隔層之效能適合於諸多商品。然而，熟習此項技術者將認識到，可透過使用諸如乙烯-乙烯醇(EVOH)等特定「阻隔」聚合物；離子聚合物及聚醯胺來達成經改良「阻隔」效能。大量
此等非聚乙烯阻隔樹脂之使用可使得極難以回收用聚乙烯與非聚乙烯材料之組合製造之膜/結構/SUP。然而，若使用低量(小於10重量%，尤其小於5重量%)非聚乙烯材料，則回收此等結構仍係可能的。
熟習此項技術者亦將認識到，使用特定非聚乙烯阻隔樹脂亦將需要使用「連結層」以允許非聚乙烯阻隔層與其餘聚乙烯層之間的黏合。
內捲材具有兩個外層或「表層」層，亦即界面表層層(上文之層B.1)及內表層層(在本文中亦被稱為密封劑層)。密封劑層係由「密封劑」聚乙烯製備-亦即當經受密封條件時易於熔融並形成封口之類型的聚乙烯。熟習此項技術者將認識到兩種類型之聚乙烯用作密封劑係較佳的，亦即：1)具有自約0.88g/cc至0.915g/cc之密度的聚乙烯共聚物；及2)LD聚乙烯(如先前所闡述)。
使用較低密度聚乙烯共聚物係較佳的。一般而言，此等較低密度聚乙烯之成本隨密度降低而增加，因此「最佳」聚乙烯密封劑樹脂通常將係提供令人滿意之密封強度的最高密度聚乙烯。具有自約0.900g/cc至0.912g/cc之密度的聚乙烯將提供用於諸多應用之令人滿意結果。
密封劑聚乙烯之其他實例包含乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)及「離子聚合物」(例如乙烯與酸性共單體之共聚物，其中所得酸共單體被(舉例而言)鈉、鋅或鋰中和；離子聚合物可以商標SURLYN商購)。
使用EVA及/或離子聚合物係較不佳的，此乃因其可在回收SUP時導致困難(然而，如先前所指出，諸多回收設施將接受含有最高達5% EVA或離子聚合物之SUP並回收該SUP，如同其由100%聚乙烯所構成一樣)。
如先前所指出，在兩個捲材之間的界面處印刷本發明之層壓結構。適合程序包含眾所周知的柔版印刷及凹版印刷技術，該等技術通常使用硝化纖維素或水性油墨。
層壓結構之製作中之一個步驟需要將第一捲材層壓至第二捲材。存在用於層壓步驟之諸多可商購技術，包含液膠(其可係基於溶劑的、無溶劑的或水性的)、熱熔膠之使用及熱接合。
在一項實施例中，內捲材B具有係外捲材A之總厚度之約兩倍的總厚度。
舉例而言，外捲材A可具有自約1密耳至約1.4密耳之厚度且內捲材可具有自約2密耳至約3密耳之厚度。
在具體實施例中，外捲材由用HDPE(具有約0.8密耳之厚度)製成的外表層層及具有約0.4密耳之厚度的LLDPE層組成。在此實施例中，內層可係A/B/C結構，其中層A由LLDPE(具有約0.4密耳之厚度)製成；層B係成核HDPE(具有約1.5密耳之厚度)且層C係具有0.3密耳之厚度的密封劑樹脂(諸如VLDPE)。
熟習此項技術者將認識到，上文所闡述厚度可經容易地修改以改變SUP之實體性質。舉例而言，可增加HDPE層之厚度(若期望產生更硬挺SUP)或可增加LLDPE層之厚度以改良抗衝擊性。
在一項實施例中，層壓結構(亦即外捲材及內捲材)之總厚度係約3密耳至約4密耳。然後使用熟習此項技術者所已知之技術及機器由層壓結構製備SUP。在一項實施例中，使用熱封將層壓結構密封以形成SUP。在另一實施例中，可使用超音波密封形成封口。
下文簡要闡述實例中所使用之測試程序。
1.根據ASTM D1238判定熔融指數：「I2」。[注意：I2量測係在
190℃下於2.16kg重量之情況下進行。]測試結果以克/10分鐘(或另一選擇係)分克/分鐘(dg/min)為單位進行報告。
2.根據ASTM D792使用位移法判定密度。
3.藉由ASTM D2457判定光澤度。
4.藉由ASTM D1003判定渾濁度。
5.剛性測試，下文所闡述。
使用與ASTM D2923實質一致之測試程序量測膜剛性(「聚烯烴膜及薄片之剛性」)。測試儀器具有含有線性槽之樣品平臺。將待測試之膜之樣品放置於平臺上且然後使用刀片將該膜驅迫至槽中。槽之寬度係10mm。膜樣品係4”×4”(10.2cm至10.2cm)。來自測試之結果經繪製於負載(以克為單位)對延伸度(以gm為單位)圖上。在測試期間觀察到之峰值負載(以克為單位)除以樣品之長度(10.16cm)以產生「剛性」值(以克/cm報告)。沿機器方向(MD)及橫向方向(TD)兩者進行測試。剛性結果可報告為MD；TD；或MD+TD之平均值。
在雜貨店處購買含有食品之兩個SUP。此等SUP兩者皆用習用PET/PE結構製備。使用剛性測試量測此等包裝之剛性，且測得其沿MD方向及TD方向兩者係約5.5g/cm。此值經設定為本發明之SUP設計之基準。
在實例中使用以下聚乙烯樹脂：
前綴ZN指示聚乙烯係用戚格樂-納他觸媒系統製備。前綴SSC指示聚乙烯係用單活性點觸媒系統製備。術語-(nuc)指示樹脂含有成核劑(對於可商購之成核劑(以商標HYPERFORM 20E由Milliken Chemical出售)，按重量計目標點為百萬分之1200)。
五個吹塑膜經製備作為自立袋之外捲材之候選者。該等膜在習用吹塑膜線上製備。所有膜之總厚度係1.15密耳(0.29mm)。膜1.1及1.4係由僅一種樹脂製成。膜1.2、1.3及1.5係含有HDPE以及MDPE或LLDPE之多層結構。在表1中展示此等膜中之每一者之機器方向(MD)及橫向方向(TD)勁度值(以g/cm為單位表達)。多層膜中之ZN-1層之厚度係1.15密耳。
在習用吹塑膜線上製備十六個膜。此等膜之原始厚度係約6密耳至7密耳，如表2中所展示。然後，該等膜在機器方向定向程序中經受拉伸。在表2中展示針對拉伸之程度之目標點。舉例而言，膜2.1開始時具有6密耳之厚度且以MDO因數6拉伸，從而產生1密耳之最終吹塑膜厚度。
兩層膜(亦即展示為具有一個以上聚合物之膜-例如2.3)經製備，使得ZN-1與ZN-2之間的厚度比率係0.75/0.4-亦即，具有1.15密耳之最終厚度之經拉伸膜將具有0.75密耳ZN-1層及0.40密耳ZN-2層。膜結構2.1；2.2；2.8；2.12；及2.13係相當的，此乃因其係單層結構。另外，此等相當膜之光學性質相對於發明性膜係可見性較不良的。最引人注意地，結構2.15之層僅係8%(清晰度為92%)且結構2.17之渾濁度僅係3%(清晰度為97%)。
另外，單層結構經觀察為極「具分裂性」的-亦即極容易沿機器方向撕裂此結構。
如先前所指出，內捲材係共擠膜，其包括至少三個層：1)第一層，其由選自由LLDPE及MDPE組成之群組的至少一種聚乙烯製備；2)核心層，其包括HDPE組合物；及3)密封劑層，其由密封劑聚乙烯製備。
在實施例中，內捲材之總厚度係自1.8密耳至2.6密耳，尤其係自2.0密耳至2.4密耳。
在實施例中，第一層厚度係自(三個層之總厚度之)15%至25%；第二層係自60%至75%；且第三層係自10%至20%。
在具體實施例中，三層膜具有以下結構。
表3中所展示之結構具有光學性質與剛性之極良好平衡。可藉由用ZN-1替換SSC-1來改良光學性質(減少渾濁度)，但此以減少之剛性為代價進行。
藉由將第一(外)捲材層壓至第二(內)捲材來製備所完成層壓結構。
表4提供兩個所完成結構之代表資料。
注意：a)樣品4.1之印刷(或外)捲材係經機器方向定向
b)此樣品係用據信已減少剛性但SUP仍係可接受之油墨製備。
Claims (9)
- 一種層壓結構，其由聚合材料製成；該層壓結構包括A)外捲材，其包括A.1)第一A層，其包括HDPE組合物，及A.2)第二A層，其包括選自由LLDPE、MDPE及HDPE組成之群組的聚乙烯；B)內捲材，其包括B.1)第一B層，其與該外捲材接觸，其中該第一B層包括選自由LLDPE及MDPE組成之群組的聚乙烯；B.2)第二B層，其包括HDPE組合物；及B.3)第三B層，其包括密封劑組合物，限制條件係I)該外捲材經層壓至該內捲材；II)該層壓結構係在該外層與該內層之間的界面處印刷；且III)該等HDPE、MDPE、LLDPE及密封劑聚乙烯共同地形成用於製備該層壓結構之該聚合材料之至少95重量%。
- 如請求項1之結構，其中該第一A層包括含有成核劑之HDPE組合物。
- 如請求項1之結構，其中該外捲材係以自2：1至10：1之牽伸比經受機器方向定向。
- 如請求項2之結構，其中該外捲材經受自2：1至10：1之機器方向定向。
- 如請求項1之結構，其中該第二B層包括含有成核劑之HDPE組合物。
- 如請求項1之結構，其中該內捲材進一步包括阻隔層，無論何時該阻隔層皆位於該第一B層與該第二B層之間。
- 如請求項6之結構，其中該阻隔層包括EVOH，其中進一步限制條件係基於該EVOH與該結構中所使用之聚乙烯之總重量的組合重量，該阻隔層之總重量小於5重量%。
- 如請求項7之結構，其中包含兩個連結層，使得第一連結層位於該阻隔層之一側上且第二連結層位於該阻隔層之另一側上。
- 一種由如請求項1至8中任一項之結構製備之自立袋。
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