專利名稱：多層膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可用作撓性包裝材料的多層膜，該包裝材料用于封裝并容納一個或多個處于密封狀態(tài)的可壓縮產(chǎn)品。本發(fā)明還涉及包含處于壓縮狀態(tài)的產(chǎn)品的包裝體，該包裝體包含本發(fā)明所述的多層膜。
背景技術(shù)：
公司以及消費者越來越關(guān)注包裝的環(huán)境和可持續(xù)性方面(參見，例如Challenges to Packaging in a global world, Gunilla Jonson, Marcus Wallenberg Prize symposium, September 30,2005 禾口 Marsh, Food Packaging, Journal of Food Science, Vol. 72，3，2007，pages 39-55)。使用更少量的原材料，降低成本和開發(fā)額外的包裝功能性已經(jīng)成為研發(fā)的重要目標。就包裝而論，存在許多提高可持續(xù)性的理論選擇，諸如例如使用更薄的不同材料層，通過改變包裝的形狀來使用更少的材料，使用循環(huán)材料以及使用可再裝的材料。然而，這些解決方案通常不能得到滿足給包裝的產(chǎn)品提供良好保護的需求的包裝體。成功包裝的關(guān)鍵是選擇最能滿足有關(guān)產(chǎn)品特性、市場需求、環(huán)境問題和成本的技術(shù)和商業(yè)需求的包裝材料和設計。不僅平衡這么多因素很困難，而且它要求對每種產(chǎn)品做不同的分析。存在許多包裝技術(shù)，諸如例如壓縮包裝，其中在包裝時對產(chǎn)品進行壓縮以減小其體積。壓縮包裝可用于包裝例如絕緣材料(EP 908400A1)，吸收制品如尿布(EP 747295 Al 和EP 1795161 Al)，以及紡織制品和稻草。已經(jīng)開發(fā)了用于提供包括例如諸多撓性尿布袋的包裝體的包裝技術(shù)。WO 03/055773公開了當將完成的產(chǎn)品由制造位點輸送到銷售位點或者中間貯存設施時，通常需要將多個產(chǎn)品封裝在更大的、更耐久的包裝中。這不僅將產(chǎn)品保存在它們所需的可供出售的狀態(tài)，而且使待處理的獨立物件的數(shù)目最小化，并且通常提供了更加均一形狀的物件供堆疊和處理。通常以壓縮狀態(tài)運輸?shù)漠a(chǎn)品是一次性的吸收產(chǎn)品，例如一次性尿布可以高度壓縮和包裝以使運輸和貯存的空間需求最小。此外，WO 98/24711公開了用于有效包裝和運輸可壓縮產(chǎn)品的包裝體，和用于生產(chǎn)這類包裝體的方法。在運輸期間，確保在撓性包裝的多個部分之間的良好密封是關(guān)鍵的。所述膜末端邊緣(flap)的密封可以使用諸如壓縮包裝機的密封設備來進行，例如US 3753331中公開的。聚合物在包裝工業(yè)中具有許多應用，并且可能適合的聚合物不可計數(shù)，在膜擠出中這些聚合物可用作單層或多層結(jié)構(gòu)。JP2002273843公開了用于由三層組成的壓縮包裝體的聚乙烯基膜。所述三層的第一和第二層為乙烯-α-烯烴共聚物且第三層為低密度聚乙火布。本發(fā)明的目的是提供一種多層膜，其具有改善的原材料效率同時滿足了作為包裝膜用途的所有技術(shù)要求。在節(jié)約包裝材料用量的情況下，這些節(jié)約不應導致低質(zhì)量的產(chǎn)品。此外，給被包裝產(chǎn)品提供良好保護的要求仍應滿足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的多層聚合物膜是5層膜，由以下組成I.包含低密度聚乙烯(LDPE)的第一層II.包含高密度聚乙烯(HDPE)的第二層III.包含線性低密度聚乙烯(LLDPE)的第三層IV.包含高密度聚乙烯(HDPE)的第四層V.包含線性低密度聚乙烯(LLDPE)的第五層本發(fā)明的5層包裝膜形成了具有優(yōu)良密封特性，以及優(yōu)良的抗穿刺性、耐撕裂蔓延性、蠕變和對膨脹壓的抗性。與壓縮包裝技術(shù)領(lǐng)域中所用的3層膜相比，使用本發(fā)明的5層膜，通過選擇5層膜中每一層的特定聚乙烯和用量可以將厚度降低約20%。由于5層擠出設置的多功能性，可以以更加有效的組合使用更多類型的原材料。對于5層結(jié)構(gòu)，可以功能性方式利用更高濃縮原料如HDPE的功能性用途，而這在3層設置中是不可能的。膜的總厚度取決于包裝體尺寸和包裝體的內(nèi)容物。對于尿布的包裝，包裝體可包含例如4到72片尿布。根據(jù)目標用途，所述5層膜的厚度可為20到60微米。通常，對于尿布容量最低的包裝體或袋采用薄膜，而對于尿布量最多的包裝體應用最厚的膜。本發(fā)明還涉及用于容納處于壓縮狀態(tài)的產(chǎn)品的包裝體，該包裝體包含本發(fā)明的5 層膜。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，該容納處于壓縮狀態(tài)的產(chǎn)品的包裝體為袋。在減小尺寸的改進的同時保持了所需的性能，所述性能涉及例如密封性、抗穿刺性和加工特性。為了獲得包含上述5層膜的適用于封裝和容納一個或多個處于密封狀態(tài)的可壓縮產(chǎn)品的撓性包裝體，在袋的生產(chǎn)中可將兩片本發(fā)明的5層膜密封在一起得到2層袋片 (bag plies)。為了獲得4層袋片，將4層本發(fā)明的5層膜密封在一起。用于可壓縮產(chǎn)品的袋的關(guān)鍵機械性能是所述袋上的2和4層袋片上的密封強度， 因為它們需要耐受所述體積壓縮的被包裝物件的膨脹壓，并確保所述包裝體的完整性。這些袋的最嚴格的工業(yè)品規(guī)范涉及了這一參數(shù)。對這些膜而言，制造商規(guī)范的要求數(shù)值分別是70微米膜的4層袋片為15. 7N/15mm,而70微米膜的2層袋片為34. 8N/15mm。該密封強度是根據(jù)ASTM F88檢測的，表示為每15毫米上的牛頓力(N/15mm)，并且對應于打開15mm 寬的密封膜所需的力。本發(fā)明的5層膜在2層袋片上顯示出的密封強度為約35N/15mm到42N/15mm。本發(fā)明的5層膜在4層袋片上顯示出的密封強度為約60N/15mm到75N/15mm。在2層膜片的情況下，將本發(fā)明第一 5層膜的層V密封到本發(fā)明第二 5層膜的層 V上。所述密封強度是在這兩層之間測得的。在4層袋片的情況下，一者具有三層密封。將本發(fā)明第一 5層膜的層V密封到本發(fā)明第二 5層膜的層V上。具體地，以如下方式對所述膜進行折疊和密封，使得以下各層彼此粘附并密封到一起形成包裝體的底部層V密封到層V上，層I到層I上，且層V到層V上。密封強度在整個上述多層密封上測得。這些袋片顯示出兩倍的厚度，因為密封前對所述膜進行了折疊，例如以形成所述袋的底部。優(yōu)選地，所述第一層包含低密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯。優(yōu)選地，所述第二層包含高密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯。優(yōu)選地，所述第三層包含線性低密度聚乙烯和低密度聚乙烯。優(yōu)選地，所述第四層包含高密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯。
優(yōu)選地，所述第五層包含線性低密度聚乙烯和低密度聚乙烯。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述5層聚合物由以下組成I.包含低密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯的第一層II.包含高密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯的第二層III.包含線性低密度聚乙烯和低密度聚乙烯的第三層IV.包含高密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯的第四層，以及V.包含線性低密度聚乙烯和低密度聚乙烯的第五層。優(yōu)選地，所述第一層包含重量比介于9 1到1 9的低密度聚乙烯和線性低密
度聚乙烯。優(yōu)選地，所述第二層包含重量比介于9 1到1 9的高密度聚乙烯和線性低密
度聚乙烯。優(yōu)選地，所述第三層包含重量比介于9 1到1 9的線性低密度聚乙烯和低密
度聚乙烯。優(yōu)選地，所述第四層包含重量比介于9 1到1 9的高密度聚乙烯和線性低密
度聚乙烯。優(yōu)選地，所述第一層包含60-90%重量比的低密度聚乙烯和10-40%重量比的線性低密度聚乙烯。優(yōu)選地，所述第二層和第四層包含40-70%重量比的高密度聚乙烯和30-60%重量比的線性低密度聚乙烯。優(yōu)選地，所述第三層包含20-60%重量比的低密度聚乙烯和40-80%重量比的線性低密度聚乙烯。優(yōu)選地，所述第五層包含60-100%重量比的線性低密度聚乙烯和0-40%重量比的低密度聚乙烯。所述重量百分比為相對于每一層中的聚乙烯總量。所述5層膜的總厚度為20-60微米。優(yōu)選地，所述第一層的層厚度為10-20微米。優(yōu)選地，所述第二層的層厚度為1-10微米。優(yōu)選地，所述第三層的層厚度為10-20微米。優(yōu)選地，所述第四層的層厚度為1-10微米。優(yōu)選地，所述第五層的層厚度為10-20微米。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述5層膜由以下組成I.包含60-90%重量比的低密度聚乙烯和10-40%重量比的線性低密度聚乙烯、 層厚度為10-20微米的第一層
II.包含40-70%重量比的高密度聚乙烯和30-60%重量比的線性低密度聚乙烯、 層厚度為1-10微米的第二層III.包含20-60%重量比的低密度聚乙烯和40-80%重量比的線性低密度聚乙烯、層厚度為10-20微米的第三層IV.包含40-70%重量比的高密度聚乙烯和30-60%重量比的線性低密度聚乙烯、 層厚度為1-10微米的第四層，以及V.包含60-100%重量比的線性低密度聚乙烯和0-40%重量比的低密度聚乙烯、 層厚度為10-20微米的第五層。第一外層的最重要的功能是保護。第二和第四層最重要的功能是提供剛性和減小尺寸的可能。
此外，所述第二和第四層增強了蠕變和壓縮抗性。第三層最重要的功能是提供抗沖擊性和抗穿刺性。第五層最重要的功能是提供密封強度和耐撕裂(蔓延)性。本發(fā)明所述膜的耐撕裂蔓延性在縱向(machine direction, MD)介于20到40g/ μ。所述耐撕裂蔓延性在橫向(TD)介于10到25g/y。所述耐撕裂蔓延性測試根據(jù)ISO 6383測定。本發(fā)明所述膜的抗穿刺性的最大力(F-Max)介于5到8N。所述F-Max根據(jù)ASTM D 5748-95 測定。本發(fā)明所述膜的Monsanto落鏢介于4到IOg/ μ (根據(jù)ASTMD1709測定)。優(yōu)選地，所述LDPE的密度介于915kg/m3到928kg/m3。優(yōu)選地，所述LDPE的熔體流動指數(shù)(190°C /2. 16Kg)介于0. 2到2g/10min。(通過 ASTM D1238 測定)。優(yōu)選地，所述HDPE的密度介于940kg/m3到965kg/m3。優(yōu)選地，所述HDPE的熔體流動指數(shù)(1900C /2. 16Kg)介于0. 2到2. 5g/10min,并且熔體流動指數(shù)(190°C Mg)介于0. 1到4g/10min。優(yōu)選地，所述LLDPE的密度高于915kg/m3，和介于916kg/m3到934kg/m3。優(yōu)選地，所述LLDPE的熔體流動指數(shù)(190°C /2. 16Kg)介于0. 3到3g/10min。LDPE、HDPE 和 LLDPE 的生產(chǎn)方法總結(jié)在 Andrew Peacock 的 Handbook of Polyethylene (2000 ；Dekker ；ISBN 0824795466)的 43-66 頁上。催化劑可劃分為三種不同的子類，包括Ziegler Natta催化劑、Wiillips催化劑和單位點催化劑。后一類是一族不同類型的化合物，茂金屬催化劑是其中之一。如所述Handbook的53巧4頁上所述， Ziegler-Natta催化的聚合物是經(jīng)由I-III族金屬的有機金屬化合物或氫化物與IV-VIII 族過渡金屬的衍生物的相互作用得到的。(改性)Ziegler-Natta催化劑的例子有基于四氯化鈦和有機金屬化合物三乙基鋁的催化劑。茂金屬催化劑與Ziegler Natta催化劑之間的區(qū)別在于活性位點的分布。Ziegler Natta催化劑是非均相的，并具有許多活性位點。因此，借助這些不同催化劑產(chǎn)生的聚合物在例如分子量分布和共聚單體分布方面是不同的。在本發(fā)明膜中應用的LDPE可以是通過使用高壓釜高壓技術(shù)以及通過管式反應器技術(shù)生產(chǎn)的。適用于LLDPE制造的技術(shù)包括氣相流化床聚合、溶液聚合、在非常高乙烯壓力下
7的聚合物熔體的聚合以及漿液聚合。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述LLDPE在Ziegler-Natta催化劑存在下經(jīng)由氣相聚合獲得。所述組合物的線性低密度聚乙烯組分是包含乙烯和C3-Cltl α -烯烴共聚單體的低密度聚乙烯共聚物。適合的α-烯烴共聚單體包括丁烯、己烯、4-甲基戊烯和辛烯。優(yōu)選的共聚單體是己烯。優(yōu)選地，所述α-烯烴共聚單體的存在量為所述乙烯-α烯烴共聚物的約5到約 20%重量比，更優(yōu)選地，存在量為約7到約15%重量比。根據(jù)所述5層模的具體用途，每一層的聚合物組合物還可包含適量的其它添加劑，諸如例如填充劑、抗氧化劑、顏料、穩(wěn)定劑、抗靜電劑和聚合物。本發(fā)明的多層膜可通過任何本領(lǐng)域公知的方法來制備。多層結(jié)構(gòu)可例如通過 "Film Extrusion Manual”(TAPPI PRESS，2005，ISBN1-59510-075-X，Editor Butler,pages 413-435)中公開的吹膜共擠出方法制備。在共擠出方法中，各種樹脂首先在獨立的擠出機內(nèi)熔融，隨后在供料塊內(nèi)結(jié)合到一起。所述供料塊是一系列流道，這些流道將各層結(jié)合到一起成為均一的物流。自該供料塊，該多層材料隨后流過接合器并流出到膜模具。所述吹膜模具是環(huán)形模具。模具直徑可為幾厘米到超過三米跨度(across)。熔融的塑料被高高地位于所述模具上方(根據(jù)所需冷卻量為4米到超過20米或更高)的一對壓料輥(nip roll)自所述模具開始向上拉起。改變這些壓料輥的速度會改變所述膜的尺寸(壁厚度)。圍繞所述模具存在空氣環(huán)(air-ring)。 該空氣環(huán)在所述膜向上移動過程中對其進行冷卻。在所述模具的中心是空氣出口，壓縮空氣自此被驅(qū)入所擠出的圓形輪廓(profile)的中心，產(chǎn)生氣泡。這使得所擠出的圓的橫截面以一定的比例(所述模具直徑的數(shù)倍)膨脹。該比例稱為“吹脹比”，可以是原始直徑的僅幾個百分比到超過200%。所述壓料輥將所述氣泡壓扁成為雙層膜，其寬度(稱為“平折”)等于所述氣泡周長的1/2。隨后，可將該膜卷起或者印花(printed)，切割成形，并熱密封成袋或其它物品。美國6045882公開了多層、雙軸拉伸的、撓性、熱塑性膜，以及制備該膜的方法，所述膜具有至少三層(a)、(b)和(c)，其中層(b)位于層(a)和(c)之間，層(a)和(c)各自為至少45%的乙烯與至少一種C3-C1(1a -烯烴的共聚物的共混物，密度介于0. 900g/cm3到 0.915g/cm3，熔點介于85到125°C，與至少5%的高密度聚乙烯的混合物，且層(b)為至少 45%的乙烯與至少一種C3-Cltl α -烯烴的共聚物，密度介于0. 900g/cm3到0. 915g/cm3，熔點介于85到125°C，所述膜的厚度為50. 8微米或更薄，且在127°C下在至少一個方向的收縮率值為至少60%。與US 6045882相比，本發(fā)明不涉及收縮薄膜。與本發(fā)明相比，US 6045882 中的重要特征是例如雙軸定向、收縮比、熱滑動(hot slip)性質(zhì)、蒸氣透過性、熱封電壓比率(voltage rate)、濁度值(haze value)以及氧氣傳輸速率。US 6045882中的LLDPE的密度小于915kg/m3，而本發(fā)明中的LLDPE的密度高于915kg/m3。與涉及5層膜的本發(fā)明相比，EP 634270 Al公開了三層膜。該膜包括包含密度 0. 920-0. 950g/cm3的線性乙烯/ α -烯烴共聚物的外層，包含密度0. 920g/cm3或更低的線性乙烯/ α -烯烴共聚物的中間層和包含樹脂的內(nèi)層，該樹脂包含密度0. 940g/cm3或更低的線性乙烯/α-烯烴共聚物并包含20_40wt. %的聚丙烯。在所述外層、中間層和內(nèi)層中均結(jié)合有密度0. 960g/cm3或更高的高密度聚乙烯，加入量分別為15-55wt. %U5-55wt. %和 5-50wt. %。對EP 634270 Al的膜的要求是不同的，因為所述膜需要用在不同的應用技術(shù)領(lǐng)域中，用于生產(chǎn)醫(yī)用塑料容器如輸液袋。所述袋通過對所述膜進行模塑制得，它不需要擔心密封強度低、變形、透明度低，甚至在高達120°C或以上的溫度下消毒也是如此，并且能夠提供具有穩(wěn)定的、易于剝離的密封部件的雙腔容器，從而適合用作輸液袋。
具體實施例方式通過以下非限制性的實施例對本發(fā)明進行了進一步的說明。實施例1厚度55微米的5層膜包括以下·第一層，厚度為15微米，且包含80%重量比的低密度聚乙烯和20%重量比的線性低密度聚乙烯 第二層，厚度為5微米，且包含60 %重量比的高密度聚乙烯和40 %重量比的線性低密度聚乙烯·第三層，厚度為15微米，且包含60%重量比的線性低密度聚乙烯和40%重量比的低密度聚乙烯 第四層，厚度為5微米，且包含60 %重量比的高密度聚乙烯和40 %重量比的線性低密度聚乙烯·第五層，厚度為15微米，且包含60%重量比的線性低密度聚乙烯和40%重量比的低密度聚乙烯。所述重量百分比為相對于每層中的聚乙烯的總量。所應用的聚乙烯為·所述低密度聚乙烯是SABIC LDPE 2201 TH12,密度為922kg/m3，且 MFR (2. 16kg/190 0C )為 0. 85g/10 分鐘·所述線性低密度聚乙烯是SABIC LLDPE 61 18NE,密度為918kg/m3，且 MFR (2. 16kg/190 0C )為 1. 0g/10 分鐘·所述高密度聚乙烯是SABIC HDPE F4660,密度為961kg/m3，且 MFR(2. 16kg/1900C )為 0. 7g/10 分鐘。利用以下條件，在來自Reifenhauser的5層共擠出吹膜管線(line)上生產(chǎn)所述膜 模隙1.8mm·模具直徑300mm·擠出機溫度范圍180-210°C (到模具的進料段)·內(nèi)部氣泡冷卻空氣溫度12°C 吹脹比2.5 線速度36米/分鐘 膜平折1200mm所述膜具有如下特征· Monsanto 落鏢6g/ μ (根據(jù) ASTM D 1709 測定)。
·耐撕裂蔓延性(TD) :29g/ μ (根據(jù)ISO 6383測定)?！つ退毫崖有?MD) :12g/y (根據(jù)ISO 6383測定)?！た勾┐绦缘?F-Max 6. 1N(根據(jù) ASTM D 5748-95 測定)·屈服拉伸應力(TD) :16MPa (根據(jù)ISO 527測定)?！で鞈?MD) 14. 5MPa (根據(jù)ISO 527測定)。·斷裂應力(TD) :33MPa(根據(jù) ISO 527 測定)。·斷裂應力(MD) :34MPa(根據(jù) ISO 527 測定)。· 2層袋片上的密封強度為38N/15mm (根據(jù)ASTM F88測定)· 4層袋片上的密封強度為69N/15mm (根據(jù)ASTM F88測定)在以下條件下用所述5層包裝膜生產(chǎn)袋 半徑密封設置1.0mm 密封時間設置70分鐘 溫度密封設置480°C 肖氏硬度密封設置 60 密封時間預密封 60分鐘 溫度預密封240°C 密封頻率UOmirT權(quán)利要求
1. 一種5層膜，由以下組成1.包含低密度聚乙烯的第一層，II.包含高密度聚乙烯的第二層，III.包含線性低密度聚乙烯的第三層，IV.包含高密度聚乙烯的第四層，以及V.包含線性低密度聚乙烯的第五層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的5層膜，其中所述膜由以下組成I.包含低密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯的第一層，II.包含高密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯的第二層，III.包含線性低密度聚乙烯和低密度聚乙烯的第三層，IV.包含高密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯的第四層，以及V.包含線性低密度聚乙烯和低密度聚乙烯的第五層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的5層膜，其中所述膜由以下組成I.包含60-90%重量比的低密度聚乙烯和10-40%重量比的線性低密度聚乙烯的第一層，II.包含40-70%重量比的高密度聚乙烯和30-60%重量比的線性低密度聚乙烯的第一層，III.包含20-60%重量比的低密度聚乙烯和40-80%重量比的線性低密度聚乙烯的第三層，IV.包含40-70%重量比的高密度聚乙烯和30-60%重量比的線性低密度聚乙烯的第四層，以及V.包含60-100%重量比的線性低密度聚乙烯和0-40%重量比的低密度聚乙烯的第五層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的5層膜，其中所述膜由以下組成I.層厚度介于10到20微米的、包含60-90%重量比的低密度聚乙烯和10-40%重量比的線性低密度聚乙烯的第一層，II.層厚度介于1到10微米的、包含40-70%重量比的高密度聚乙烯和30-60%重量比的線性低密度聚乙烯的第二層，III.層厚度介于10到20微米的、包含20-60%重量比的低密度聚乙烯和40-80%重量比的線性低密度聚乙烯的第三層，IV.層厚度介于1到10微米的、包含40-70%重量比的高密度聚乙烯和30-60 %重量比的線性低密度聚乙烯的第四層，以及V.層厚度介于10到20微米的、包含60-100%重量比的線性低密度聚乙烯和0-40%重量比的低密度聚乙烯的第五層。
5.用于容納處于壓縮狀態(tài)的產(chǎn)品的包裝體，包含根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的5 層膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于容納處于壓縮狀態(tài)的產(chǎn)品的包裝體，其中2層袋片上的密封強度介于:35N/15mm到42N/15mm(根據(jù)ASTM F88測量)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于容納處于壓縮狀態(tài)的產(chǎn)品的包裝體，其中4層袋片上的密封強度介于60N/15mm到75N/15mm(根據(jù)ASTM F88測量)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用作撓性包裝材料的多層膜，所述包裝材料用于封裝并容納一個或多個處于密封狀態(tài)的可壓縮產(chǎn)品。本發(fā)明的5層膜由以下組成I.包含低密度聚乙烯的第一層，II.包含高密度聚乙烯的第二層，III.包含線性低密度聚乙烯的第三層，IV.包含高密度聚乙烯的第四層，以及V.包含線性低密度聚乙烯的第五層。
文檔編號B65D71/00GK102227311SQ200980147860
公開日2011年10月26日 申請日期2009年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者A·龍扎尼 申請人:沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司