專利名稱：雙軸向取向聚烯烴薄膜制造的包裝材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由雙軸向取向聚烯烴薄膜制成的包裝。
聚烯烴薄膜作為包裝薄膜被廣泛地應(yīng)用。這些材料的成功應(yīng)用是基于其良好的光學(xué)性能和機(jī)械性能，而且薄膜的焊接簡單。除了焊接性以外，薄膜的熱封性也變得越來越重要?？蔁岱獗∧ぞ哂械木酆衔锿鈱拥奈⒕埸c(diǎn)低于其基層聚合物。為了熱封，將薄膜層的一層置于另一層之上，并加熱到僅低于微晶熔點(diǎn)10至20℃，即外層沒有完全熔化。雖然熱封層之間所實(shí)現(xiàn)的粘合明顯地低于相同材料焊接的情況，但對于許多應(yīng)用來說是足夠的。(Kunststoff-Handbuch[塑料手冊]，Volume IV，CarlHanser Verlag，Munich，1969，623-640頁)。
除了可熱封層的應(yīng)用外，所謂的冷封層的應(yīng)用也是已知的。特別地，在將熱敏感包裝物，例如巧克力包裝在薄膜中時(shí)，使用冷封層。冷封層的應(yīng)用是一種附加的加工步驟，其大大地增加了包裝的成本。
獨(dú)立于這些包裝技術(shù)如焊接、熱封或冷封，標(biāo)記聚合物材料方法近幾年來得到了發(fā)展。這種類型的材料含有對輻射敏感的添加劑，在暴露于一定波長范圍的輻射時(shí)可導(dǎo)致材料顏色的變化。適宜這種應(yīng)用的添加劑是例如激光顏料。
另外，現(xiàn)有技術(shù)中公開了借助激光連接塑料組件的方法，其中所述組件上的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷較低。對于許多應(yīng)用來說，透射激光焊接已經(jīng)得到了確定。在這一方法中，激光束無阻礙地穿過透明組件，擊中可吸收激光的接合對。激光束的作用使吸收接合對的塑料在表面上熔化，并在冷卻時(shí)粘合在接合對上。在該方法中，采用波長在近紅外區(qū)的二極管激光器或固態(tài)激光器。
因此，本發(fā)明的目的在于提供由聚烯烴薄膜制成的包裝，其避免了冷封包覆的缺點(diǎn)，而同樣地適合于熱敏感產(chǎn)品的包裝。
通過由含有基礎(chǔ)層和至少一個(gè)第一外層的多層的取向聚烯烴薄膜制成的包裝來實(shí)現(xiàn)這一目的，其中薄膜的第一外層與其本身接觸或與該薄膜的反面接觸或與另一個(gè)薄膜的表面接觸，其特征在于所述薄膜在此第一外層中含有可在激光的波長范圍內(nèi)進(jìn)行吸收的添加劑，這樣在采用所述激光對薄膜局部輻射時(shí)，受輻射的區(qū)域溫度升高，使受輻射區(qū)域處的第一外層的聚烯烴軟化或熔化并在冷卻時(shí)粘合到另一層上。從屬權(quán)利要求給出了本發(fā)明更多的實(shí)施方案。
本發(fā)明的另一個(gè)發(fā)明目的在于給出了包含帶蓋子容器的便利包裝。
這一目的可通過由含有基礎(chǔ)層和至少一個(gè)第一外層的多層的取向聚烯烴薄膜制成的包裝來實(shí)現(xiàn)，其中聚烯烴薄膜在第一外層中含有可在激光的波長范圍內(nèi)進(jìn)行吸收的添加劑，這樣在采用所述激光對薄膜局部輻射時(shí)，受輻射的區(qū)域溫度升高，使在受輻射區(qū)域處的第一外層的聚烯烴軟化或熔化并在冷卻時(shí)粘合到另一層上。
除了可吸收激光的顏料外，薄膜的外層一般含有至少80％重量，優(yōu)選85至小于100％重量，特別是90至98％重量的聚烯烴，每一種情況都是基于該層的重量計(jì)。
適宜的外層烯烴聚合物的實(shí)例有丙烯均聚物乙烯均聚物乙烯和丙烯或乙烯和1-丁烯或丙烯和1-丁烯的共聚物，或者乙烯、丙烯和1-丁烯的三元共聚物，或者所述的均聚物、共聚物和三元共聚物的兩種或多種的混合物或共混物。
特別優(yōu)選乙烯含量1-10％重量，優(yōu)選2.5-8％重量的無規(guī)乙烯-丙烯共聚物，或者丁烯含量2-25％重量，優(yōu)選4-20％重量的無規(guī)丙烯-1-丁烯共聚物，每一種情況都基于共聚物的總重量計(jì)；或者乙烯含量1-10％重量、優(yōu)選2-6％重量，和1-丁烯含量為2-20％重量、優(yōu)選4-20％重量的無規(guī)乙烯-丙烯-1-丁烯三元共聚物，每一種情況都基于三元共聚物的總重量計(jì)；或者乙烯含量為0.1-7％重量，丙烯含量為50-90％重量并且1-丁烯含量為10-40％重量的乙烯-丙烯-1-丁烯三元共聚物和丙烯-1-丁烯共聚物的共混物，每一種情況都基于聚合物共混物的總重量計(jì)。
上述的用于外層的共聚物和/或三元共聚物的熔體流動(dòng)指數(shù)通常為1.5至30g/10min，優(yōu)選3至15g/10min。熔點(diǎn)在120至140℃的范圍。上述的共聚物和三元共聚物的共混物的熔體流動(dòng)指數(shù)為5至9g/10min和熔點(diǎn)為120至150℃。上面提到的所有熔體流動(dòng)指數(shù)是在230℃和21.6N的力下測定的(DIN 53 735)。
用于外層的的丙烯均聚物的熔體流動(dòng)指數(shù)通常為1.5至30g/10min，優(yōu)選3至15g/10min。該均聚物的熔點(diǎn)為150至170℃，優(yōu)選為155至165℃。優(yōu)選的是全同立構(gòu)規(guī)整度大于92％，優(yōu)選為94至98％的全同立構(gòu)均聚物。這種全同立構(gòu)的丙烯均聚物的正庚烷溶解量小于10％重量，優(yōu)選為1-8％重量，基于均聚物的重量計(jì)。上面提到的所有熔體流動(dòng)指數(shù)是在230℃和負(fù)荷21.6N下測定的(DIN 53 735)。
若需要，可將常規(guī)的添加劑如抗靜電劑、中和劑、潤滑劑和/或穩(wěn)定劑，和若需要的另外的抗結(jié)塊劑以每一種情況中的有效量加入外層中。對本發(fā)明來說，薄膜的吸收性外層中含有可吸收激光波長范圍內(nèi)的輻射的添加劑是必要的。這類添加劑在下面用于本發(fā)明時(shí)將被稱為顏料或激光顏料。
在薄膜外層中加入這類激光顏料可使薄膜在受輻射時(shí)吸收輻射，即吸收能量?，F(xiàn)有技術(shù)中，已知在給定的適當(dāng)?shù)牟ㄩL下，激光束在著色的塑料中以白色線條或彩色線條的形式留下可見的軌跡。這種效果被用于通過激光標(biāo)記塑料組件和塑料薄膜。作為本發(fā)明的一部分，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)采用激光束對一個(gè)放置于另一個(gè)上面的兩個(gè)薄膜進(jìn)行輻射，如果兩薄膜中至少有一個(gè)薄膜具有含激光顏料的外層，而且該含激光顏料的外層面向第二個(gè)薄膜使含有顏料的外層與第二個(gè)薄膜層相接觸，則在兩薄膜層間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)的接合，類似于熱封或焊接縫合。在此還發(fā)現(xiàn)，其特別有利于生產(chǎn)含有相應(yīng)的、優(yōu)選含有相同吸收顏料的兩個(gè)相接觸外層間的密封接縫。
令人驚喜地，激光束通過薄膜的其他層后不會(huì)象激光標(biāo)記中已知的那樣在其中留下可見的軌跡，而且也不會(huì)留下其他的損害。令人意外的是，激光吸收如此顯著以至于薄膜吸收了可使外層軟化或發(fā)熱的足夠能量。特別地，有疑問的是在薄外層中的激光顏料的絕對含量是否足以有助于外層通過吸收而均勻熔化。同時(shí)已發(fā)現(xiàn)外層的發(fā)熱或熔化嚴(yán)格局限于受輻射的區(qū)域。對于包裝的生產(chǎn)來說，這使得只在需要接合的地方采用激光進(jìn)行密封接縫成為可能。
通過激光束，在此有利地避免了被包裝產(chǎn)品的熱量負(fù)荷。因此這種新技術(shù)適合于替代已知的冷封包覆來包裝熱敏感的產(chǎn)品。
所述含有激光顏料的外層也可應(yīng)用于本身已公知的不透明和透明的薄膜中，或者應(yīng)用于它們的基礎(chǔ)層或中間層中。對于不透明的或白色的薄膜，特別驚奇的是其它層中的起增加薄膜的濁度或白色的填料并不阻礙激光輻射在著色的外層中的吸收和對含激光顏料外層的加熱。已經(jīng)注意到，在含有填料和/或顏料層中的吸收非常少，或不發(fā)生，以至于激光束不會(huì)對激光的密封性或薄膜的完整性或薄膜的其他性能產(chǎn)生損害。
為了本發(fā)明的目的，激光顏料是對母體聚合物惰性的不相容粒子，并且在拉伸中不會(huì)導(dǎo)致任何明顯的氣泡形成。激光顏料的平均粒徑一般為0.01至4μm，優(yōu)選為0.1至2μm，特別為0.1至1μm。外層一般含有激光顏料的量為0.01-10％重量，優(yōu)選為0.5-5％重量，特別是0.8-3％重量，基于外層的重量計(jì)。如果激光顏料的濃度太低，則僅產(chǎn)生激光束的中度吸收，這將導(dǎo)致差的密封強(qiáng)度。高的激光顏料濃度對于激光的吸收并不會(huì)產(chǎn)生任何附加的效果。當(dāng)彩色、金屬和黑色顏料的濃度高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生色效應(yīng)(灰色效應(yīng))，它可能是不利的，但對于有些應(yīng)用來說可能是需要的。
使用的激光顏料優(yōu)選是金屬顏料，例如鋁或銅或錫顏料，或銅合金例如銅/鋅合金或銅/錫合金，和黑色和彩色的顏料，特別是炭黑或石墨、鐵氧化物類、金紅石混合相、群青類、尖晶石類和硅酸鋯類。在上述的顏料中，鋁顏料、銅/鋅合金和炭黑和石墨是特別優(yōu)選的。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，特別有利的是，在炭黑的情況下含量為0.1-1.0％重量，在鋁顏料的情況下含量為0.5-1.5％重量和在銅合金的情況下含量為0.5-3.0％重量，優(yōu)選為1-2％重量，基于外層的重量計(jì)。
上面提到的可吸收激光的金屬、黑色或彩色顏料，如果需要，可采用與下列材料的混合物的形式使用金屬氧化物類，例如白色顏料如二氧化鈦、氧化鋁、二氧化硅，相應(yīng)的金屬氫氧化物和金屬氧化物的水合物，和碳酸鹽及硅酸鹽，例如碳酸鈣、硅酸鋁(高嶺土)、硅酸鎂(滑石粉)或云母。
顏料混合物是有利的，因?yàn)榈谝凰鼈兙哂幸粋€(gè)寬的吸收波譜，特別是在所使用的激光的波長范圍內(nèi)。第二，采用了具有高吸收能力的吸收激光的金屬、黑色或彩色顏料，而且同時(shí)這些可吸收激光的顏料的色彩又通過相應(yīng)的白色顏料而減輕。這些白色顏料的光散射作用增強(qiáng)了在此的金屬、黑色或彩色顏料的吸收性能和促進(jìn)了外層中熱量的累積。
白色顏料與金屬、黑色或彩色顏料的混合比可在寬范圍內(nèi)變化并且能夠根據(jù)所采用的激光控制最佳的吸收范圍。另外，混合物還能將薄膜控制在所需的色調(diào)。如果需要，這種混合物可擴(kuò)大得到一個(gè)含有多種組分的體系。例如，白色顏料與金屬、黑色或彩色顏料的比例范圍為5∶1至1∶5，在混合物中優(yōu)選采用TiO2作為減輕色彩的白色顏料。
顏料混合物通過適宜的方法均勻混合，例如通過球磨法。同時(shí)可控制適宜的平均粒徑和適宜的粒徑分布寬度。
另外，顏料或顏料混合物可以被涂覆，以便例如更好地附著于聚合物母體和有效地防止裂縫和氣泡的形成(如所知的拉伸中引起氣泡的粒子那樣)。涂覆如采用樹脂或蠟，特別有利于金屬顏料，例如鋁粉。這也防止了不希望的粉塵的形成，粉塵可危害健康和造成爆炸的危險(xiǎn)。另外，這些蠟涂層改善了顏料在聚合物中的分散性(解凝聚作用)并使顏料在濃色體制備中具有好的計(jì)量性。一般地，商購的金屬顏料已帶有這種類型的蠟和/或樹脂涂層。這種顏料涂層的生產(chǎn)方法在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。在這些方法中，采用這些低粘度的蠟或樹脂將顏料弄濕，和如果需要，則徹底潤濕，這將有利于分散。
顧料可具有球形或柱形或葉片形的形狀。粒子的大小、幾何形狀和取向可影響對激光束的吸收行為。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的聚烯烴薄膜還包含具有2至10個(gè)碳原子的烯烴聚合物的第二外層，它施加于含激光顏料層的相反一側(cè)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，這個(gè)第二外層具有這樣的組成使其在用于密封的激光的波長范圍內(nèi)基本上不吸收輻射。對于本發(fā)明包裝的生產(chǎn)，激光束穿透到著色層，因此在那里可發(fā)生足夠的吸收是必要的。
第二外層的烯烴聚合物的實(shí)例有丙烯均聚物乙烯和丙烯或乙烯和1-丁烯或丙烯和1-丁烯的共聚物，或者乙烯、丙烯和1-丁烯的三元共聚物，或者所述的均聚物、共聚物和三元共聚物的兩種或多種的混合物或共混物。
對于第二外層特別優(yōu)選的也是上述的著色外層所優(yōu)選的聚合物。另外，聚乙烯，如HDPE、MDPE或LDPE，如果需要與用作第二外層的丙烯聚合物混合，也是合適的。
用于第二外層的上述的共聚物和/或三元共聚物的熔體流動(dòng)指數(shù)通常為1.5-30g/10min，優(yōu)選為3-15g/10min。熔點(diǎn)為120至140℃。上述的共聚物和三元共聚物的共混物的熔體流動(dòng)指數(shù)為5-9g/10min，熔點(diǎn)為120-150℃。上面提到的所有熔體流動(dòng)指數(shù)是在230℃和21.6N力下測定的(DIN 53 735)。
若需要，可將常規(guī)的添加劑如抗靜電劑、中和劑、潤滑劑和/或穩(wěn)定劑，和若需要的另外的抗結(jié)塊劑以每一種情況下的有效量，采用本身已知的方式加入到第二外層中。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，第二外層也可以含有可在激光輻射波長范圍內(nèi)吸收輻射的顏料。然而，在這一類型的實(shí)施方案中，第二外層中的這些激光顏料必須在不同于其反面外層的激光顏料的波長范圍內(nèi)進(jìn)行吸收。這種類型的薄膜特別有利地應(yīng)用在組合工藝中，其中一方面通過激光產(chǎn)生密封接縫，另一方面通過第二種激光進(jìn)行其他的加工步驟，例如激光切割、激光標(biāo)記和/或激光穿孔。在這種類型的工藝中，采用具有不同波長的激光。
多層薄膜的基礎(chǔ)層基本上包含聚烯烴，優(yōu)選丙烯聚合物，和如果需要的不透明的填料，及如果需要的每一種情況下有效量的其他添加劑。一般地，基礎(chǔ)層含有至少50％重量，優(yōu)選60-99％重量，特別是70-98％重量的聚烯烴，每一種情況都基于基礎(chǔ)層的重量計(jì)。
優(yōu)選的聚烯烴是丙烯聚合物。這些丙烯聚合物含有90-100％重量，優(yōu)選95-100％重量，特別是98-100％重量的丙烯單元，熔點(diǎn)為120℃或更高，優(yōu)選150至170℃，在230℃和21.6N負(fù)荷(DIN 53 735)下測定的熔體流動(dòng)指數(shù)通常為0.5-8g/10min，優(yōu)選為2-5g/10min。優(yōu)選的核心層丙烯聚合物是無規(guī)物含量為15％重量或更低的全同立構(gòu)丙烯均聚物、乙烯含量為10％重量或更低的乙烯和丙烯共聚物、α-烯烴含量為10％重量或更低的丙烯與C4-C8α-烯烴的共聚物、乙烯含量為10％重量或更低和丁烯含量為15％重量或更低的丙烯、乙烯和丁烯的三元共聚物，特別優(yōu)選全同立構(gòu)丙烯均聚物。所述的重量百分比是基于相應(yīng)的聚合物計(jì)。
所述的丙烯均聚物和/或共聚物和/或三元共聚物與其他的聚烯烴，特別是由具有2至6碳原子的單體制造的聚烯烴的混合物也是適宜的，其中混合物含有至少50％重量、特別是至少75％重量的丙烯聚合物。在聚合物混合物中的適宜的其他聚烯烴為聚乙烯，特別是HDPE、LDPE、VLDPE或LLDPE，其中這些聚烯烴在每一種情況中的比例都不超過15％重量，基于聚合物混合物計(jì)。
對于不透明的實(shí)施方案，薄膜的不透明基礎(chǔ)層含有填料的量最多為40％重量，優(yōu)選為1-30％重量，特別是2-20％重量，基于不透明層的重量計(jì)。為了達(dá)到本發(fā)明的目的，填料為顏料和/或致泡粒子。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，基礎(chǔ)層的顏料為在薄膜拉伸中基本上不會(huì)導(dǎo)致氣泡形成的不相容粒子，通常平均粒徑為0.01至最大1μm。基礎(chǔ)層通常含有的顏料量為0.5-10％重量，優(yōu)選為1-8％重量。常規(guī)的顏料是，例如，氧化鋁、硫酸鋁、硫酸鋇、碳酸鈣、碳酸鎂、硅酸鹽如硅酸鋁(高嶺土)和硅酸鎂(滑石粉)、二氧化硅和二氧化鈦，其中優(yōu)選采用白色顏料，例如二氧化鈦、碳酸鈣、二氧化硅和硫酸鋇。
“致泡填料(vacuole-initiating fillers)”是與聚合物母體不相容并導(dǎo)致在薄膜拉伸中形成氣泡狀空穴的固體粒子。一般地，致泡填料的最小尺寸為1μm。一般地，顆粒的平均粒徑為1-6μm。致泡填料的含量為0.5-25％重量，優(yōu)選為1-15％重量。常規(guī)的致泡填料是無機(jī)的和/或有機(jī)的、與聚丙烯不相容的材料，例如氧化鋁、硫酸鋁、硫酸鋇、碳酸鈣、碳酸鎂、硅酸鹽如硅酸鋁(高嶺土)和硅酸鎂(滑石粉)及二氧化硅，其中碳酸鈣和二氧化硅是優(yōu)選采用的。
適宜的有機(jī)填料通常采用與基礎(chǔ)層聚合物不相容的聚合物，特別是那些聚合物例如HDPE、環(huán)烯烴的共聚物如降冰片烯或四環(huán)十二碳烯與乙烯或丙烯的共聚物(COC)、聚酯、聚苯乙烯、聚酰胺和鹵化的有機(jī)聚合物，優(yōu)選聚酯如聚對苯二甲酸丁二醇酯和環(huán)烯烴的共聚物。對于本發(fā)明，“不相容材料或不相容聚合物”是指所述材料或聚合物在薄膜中以分離粒子或分離相的形式存在。
本發(fā)明的薄膜包含至少一個(gè)含有激光顏料的外層。大體上，薄膜優(yōu)選具有3-、4-、或5-層結(jié)構(gòu)。優(yōu)選所有的其他層對于所采用的激光輻射實(shí)質(zhì)上是透明的。
含激光顏料的第一外層的厚度通常大于0.1μm，并優(yōu)選為0.3至6μm。反面的第二外層的厚度可以相同或不同。其厚度優(yōu)選為0.3至3μm。
中間層可由所述適用于基礎(chǔ)層的烯烴聚合物構(gòu)成。中間層可含有所述適用于各個(gè)層的常規(guī)的添加劑，如抗靜電劑、中和劑、潤滑劑和/或穩(wěn)定劑，和若需要的抗結(jié)塊劑。中間層的厚度大于0.3μm，優(yōu)選為1.0至15μm，特別為1.5至10μm。
本發(fā)明聚烯烴薄膜的總厚度可在寬范圍內(nèi)變化，并且取決于其預(yù)期的用途。薄膜的總厚度優(yōu)選為4至100μm，特別為5至80μm，特別優(yōu)選為10至50μm，基礎(chǔ)層通常占薄膜總厚度的約40-100％。
本發(fā)明還涉及一種通過本身已知的共擠出方法、平膜方法(flat-film process)或吹膜方法制造本發(fā)明聚烯烴薄膜的方法。
平膜方法是將相應(yīng)于薄膜各單層的熔體通過平膜模頭共擠出，以一個(gè)或多個(gè)輥引出所得的薄膜以固化，然后拉伸薄膜(使其取向)，熱定型拉伸的薄膜，并且如果需要，電暈處理或熱處理需要處理的表面層。
相繼地或同步地進(jìn)行雙軸向拉伸(取向)。其中首先進(jìn)行縱向(沿機(jī)器方向)拉伸，然后進(jìn)行橫向(垂直于機(jī)器方向)拉伸的順序拉伸是優(yōu)選的?？赏ㄟ^平膜方法進(jìn)行同步的拉伸，例如通過LISIM技術(shù)，或通過吹制法。采用平膜擠出然后順序拉伸的實(shí)例來進(jìn)一步描述薄膜的制備。
首先，在擠出機(jī)中將各層的聚合物或聚合物混合物壓縮和液化，其中聚合物或聚合物混合物中可以已經(jīng)含有了激光顏料和任選地加入的任何其他添加劑。然后強(qiáng)制地使這些熔體同時(shí)通過平膜模頭(縫口模頭)，并將擠出的多層薄膜在10至100℃，優(yōu)選20至50℃溫度下從一個(gè)或多個(gè)引出輥上引出，在此期間多層薄膜冷卻和固化。
然后將按此方式獲得的薄膜沿?cái)D出方向的縱向和橫向拉伸，這樣使分子鏈校整。縱向拉伸可借助在相應(yīng)于目標(biāo)拉伸比的不同速度下運(yùn)轉(zhuǎn)的兩個(gè)輥有利地進(jìn)行，橫向拉伸可借助于一個(gè)適當(dāng)?shù)睦苡欣剡M(jìn)行?？v向拉伸比為4至8，優(yōu)選為5至6。橫向拉伸比為5至10，優(yōu)選為7至9?？v向拉伸優(yōu)選在80至150℃溫度下進(jìn)行，橫向拉伸優(yōu)選在120至170℃溫度下進(jìn)行。
薄膜拉伸后接著進(jìn)行其熱定型(熱處理)，其中將薄膜在100至160℃溫度下保持約0.1至10秒。隨后將該薄膜按常規(guī)的方式通過卷繞裝置卷起。
雙軸向拉伸后，任選地通過已知方法中的一種對薄膜的一個(gè)表面或兩個(gè)表面進(jìn)行電暈或火焰處理。處理強(qiáng)度通常為37至50mN/m，優(yōu)選39至45mN/m。這里采用以下的電暈處理實(shí)例描述薄膜的表面處理。
在電暈處理中，一種有利的工藝是使薄膜從作為電極的兩個(gè)導(dǎo)電元件之間通過，將高的電壓施于兩個(gè)電極之間，所述電壓通常為交流電壓(約5至20kV和5至30kHz)，這樣使電極能夠發(fā)生噴射放電(spraydischarge)或電暈放電。由于噴射放電或電暈放電，薄膜表面上的空氣離子化并與薄膜表面的分子進(jìn)行反應(yīng)，導(dǎo)致在基本上為非極性的聚合物基體上形成極性的夾雜物。
為了制造本發(fā)明的包裝，例如采用這樣的方式對上述的薄膜進(jìn)行加工，即使兩個(gè)著色的薄膜的第一外層或著色的第一外層與第二外層彼此相互接觸。在隨后的激光輻射過程中，激光束穿過薄膜的其他外層一直到達(dá)接觸著的外層，其中的一層或兩層是著色的。在這一外層或這些外層中，被加入的顏料吸收輻射，導(dǎo)致發(fā)熱，類似于使用熱封鉗。如果相對地移動(dòng)薄膜幅或相對地移動(dòng)激光束，則可以這種方式制造接縫，類似于熱封縫合，其適合于密封包裝。
對于產(chǎn)生激光束來說適宜的是市售的Nd∶YAG、二極管、eximer或CO2激光器，它們的能量與外層中聚合物的類型、加工速度和顏料的類型是相匹配的。原則上，脈沖激光和連續(xù)工作的激光都可使用。特別地，由于二極管激光器的穩(wěn)定性和近紅外區(qū)的波長，因此它們是特別優(yōu)選的。通過改變激光的焦距可調(diào)節(jié)密封區(qū)域的寬度。激光能量密度的相應(yīng)調(diào)節(jié)是必要的。通過孔徑光圈和借助適宜的光學(xué)系統(tǒng)將產(chǎn)生的激光束聚焦在需密封的薄膜上。為了在單一操作中進(jìn)行多種焊接和密封接縫，相應(yīng)的光圈使得可以產(chǎn)生平行的激光束。如果需要，本發(fā)明也可以在此操作中結(jié)合另外的加工步驟，如切割和打孔。
令人驚奇地，已發(fā)現(xiàn)激光和薄膜間的作用可以以這樣一種方式控制，即一方面使激光束在基礎(chǔ)層不被吸收而是以期望的方式不受阻礙地穿過其他層，而另一方面在相應(yīng)外層中的吸收橫截面足夠大以導(dǎo)致外層熔化，并因此得到密封接縫。令人驚奇的是，此處吸收橫截面雖然足夠大，但激光束并不會(huì)損害包裝的產(chǎn)品，特別是熱敏感的產(chǎn)品。
原料和薄膜用下面的測試方法來表征。
熔體流動(dòng)指數(shù)熔體流動(dòng)指數(shù)按照DIN 53 735在230℃和21.6N負(fù)荷下測定。
平均顆粒尺寸平均顆粒尺寸通過圖像分析測定。為此，將樣品分散于水中以使顆粒分離，并涂于玻璃片上。然后將樣品干燥并在掃描電子顯微鏡下檢測。為此，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整亮度和對比度，可觀察到各個(gè)顆粒的灰色圖像。在10mm2的面積內(nèi)，測定分離的顆粒的各自的面積，并以其等面積圓的直徑給出顆粒的直徑。這些測量值按大小范圍進(jìn)行分級并給出顆粒尺寸分布。分布曲線的平均值確定為平均顆粒尺寸。
熔點(diǎn)DSC測量，熔化曲線的最大值，加熱速率20℃/min。
下面通過工作實(shí)施例解釋本發(fā)明。
比較例1通過共擠出和接著進(jìn)行的縱向和橫向逐步取向生產(chǎn)具有不對稱結(jié)構(gòu)和總厚度為33μm的5層不透明薄膜。外層A的厚度為1.2μm，在其下面的中間層B的厚度為3.5μm。外層E的厚度為0.5μm，在其下面的中間層D的厚度為0.1μm。詳細(xì)地，各層具有如下組成基礎(chǔ)層87.0％重量的全同立構(gòu)丙烯均聚物，其熔點(diǎn)為159℃和熔體流動(dòng)指數(shù)為3.4g/10min9.0％重量的白堊濃色體(Omyalite 90T)，含有28％重量的丙烯均聚物和72％重量的CaCO3中間層B和D100％重量的全同立構(gòu)丙烯均聚物，其熔點(diǎn)為150℃和熔體流動(dòng)指數(shù)為3.4g/10min外層A100％重量的含5％重量乙烯的C2-C3無規(guī)共聚物，其微晶熔點(diǎn)為125℃和熔體流動(dòng)指數(shù)為6.5g/10min外層E98.8％重量的乙烯含量為3％重量和丁烯含量為7％重量(余量為丙烯)的乙烯-丙烯-丁烯三元無規(guī)共聚物，其微晶熔點(diǎn)(空缺)和熔體流動(dòng)指數(shù)(空缺)各工藝步驟的生產(chǎn)條件如下擠出 溫度 基礎(chǔ)層260℃中間層255℃
外層240℃引出輥的溫度 20℃縱向拉伸 溫度 110℃縱向拉伸比 5.5橫向拉伸 溫度 160℃橫向拉伸比 9定型 溫度 150℃收斂度 5％實(shí)施例1按比較例1所述制備薄膜。與比較例1不同的是，薄膜的外層E中含0.6％重量的炭黑，基于該層的重量計(jì)。其余的組成和生產(chǎn)條件與比較例1比沒有變化。
實(shí)施例2按比較例1所述制備薄膜。與比較例1不同的是，這次薄膜的外層E中含有比例(重量比)為1∶1的炭黑和金紅石(TiO2)的混合物。在外層E中炭黑和金紅石的總含量為0.6％重量，基于外層E的重量計(jì)。其余的組成和生產(chǎn)條件與比較例1比沒有變化。
實(shí)施例3按比較例1所述制備薄膜。與比較例1不同的是，這次外層E中含有0.8％重量的銀顏料，基于該層的重量計(jì)，所述銀顏料由小鋁片組成。其余的組成和生產(chǎn)條件與比較例1比沒有變化。
比較例2按比較例1所述制備薄膜。與比較例1不同的是，薄膜的外層E中含2.5％重量的細(xì)白堊(Socal)，基于該層的重量計(jì)。其余的組成和生產(chǎn)條件與比較例1比沒有變化。
比較例3按比較例1所述制備薄膜。與比較例1不同的是，薄膜的外層E中含2.5％重量的長石(Minex)，基于該層的重量計(jì)。其余的組成和生產(chǎn)條件與比較例1比沒有變化。
實(shí)施例4按比較例1所述制備薄膜。與比較例1不同的是，薄膜的外層E中含1.0％重量的作為金顏料的銅與鋅的合金，基于該層的重量計(jì)。其余的組成和生產(chǎn)條件與比較例1比沒有變化。
實(shí)施例5(共聚物外層變體)按比較例1所述制備薄膜。與比較例1不同的是，薄膜的外層A中含0.8％重量的銀顏料，基于該層計(jì)。其余的組成和生產(chǎn)條件與比較例1比沒有變化。
將按比較例和實(shí)施例所述生產(chǎn)的各種薄膜在金屬板上放置兩層，一層在另一層上面。所述薄膜層這樣擺放，即直接置于金屬板上的薄膜將不含顏料的外層(比較例1-3和實(shí)施例1-4的外層A，實(shí)施例5的外層E)放置在金屬板上，而反面的含顏料外層與第二個(gè)薄膜層接觸。同樣的薄膜構(gòu)成的第二個(gè)薄膜層這樣擺放，即其含顏料外層與第一個(gè)薄膜層的含顏料外層相接觸。因此，兩個(gè)含顏料外層是相互接觸的。另外，將一個(gè)透明的聚乙烯板置于兩薄膜層之上，并且輕輕地?cái)D壓兩個(gè)薄膜層使其彼此倚靠。然后連續(xù)地通過波長為980nm，激光功率為15～25W的二極管激光器，也可以通過功率為約50～80W、脈沖寬度為10至14μs的CO2激光器(10600nm)對這一排列物進(jìn)行輻射。在輻射過程中，將薄膜層勻速地和保持輕微的接觸壓力從兩板間拉過。其速度范圍為0.4-4m/min。
在使用CO2激光器時(shí)，所有薄膜均形成了高強(qiáng)度的線形密封接縫。同時(shí)，由于整個(gè)薄膜熔化和薄膜表面的損傷造成的密封接縫變形是明顯的。
在實(shí)施例的含有炭黑和鋁顏料薄膜的情況下，二極管激光輻射也同樣形成了線形的“密封接縫”，而在比較例的樣品情況下，激光束穿過薄膜后沒有產(chǎn)生任何明顯的效果。在實(shí)施例5薄膜的情況下，需要稍微高一點(diǎn)的激光功率才能產(chǎn)生足夠強(qiáng)的密封接縫。實(shí)施例3與實(shí)施例5的比較表明，由于使用了較高熔點(diǎn)的密封原料(共聚物)，為了達(dá)到特定的密封接縫強(qiáng)度，需要更高的激光能量。
詳細(xì)地，觀察到實(shí)施例的薄膜在焊接區(qū)域具有很好的粘結(jié)強(qiáng)度。通過薄膜進(jìn)料速度的微小變化，可以實(shí)現(xiàn)密封接縫寬度的變化。
權(quán)利要求
1.由含有一個(gè)基礎(chǔ)層和至少一個(gè)第一外層的多層的取向聚烯烴薄膜制成的包裝，其特征在于聚烯烴薄膜在第一外層中含有可在激光的波長范圍內(nèi)吸收輻射的添加劑，這樣在采用激光對薄膜局部輻射時(shí)，受輻射的區(qū)域溫度升高，使第一外層的聚烯烴在受輻射區(qū)域處軟化或熔化并在冷卻時(shí)粘合到另一層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的包裝，其特征在于所述外層含有至少80％重量的丙烯聚合物，優(yōu)選乙烯-丙烯共聚物或三元共聚物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和/或2的包裝，其特征在于所述添加劑的含量為0.01至10％重量，基于第一外層的重量計(jì)，和平均顆粒直徑為0.01至4μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3一項(xiàng)或多項(xiàng)的包裝，其特征在于所述第一外層的厚度為0.1至5μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4一項(xiàng)或多項(xiàng)的包裝，其特征在于所述添加劑是可吸收激光的金屬、黑色或彩色顏料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5一項(xiàng)或多項(xiàng)的包裝，其特征在于所述薄膜是透明的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5一項(xiàng)或多項(xiàng)的包裝，其特征在于所述薄膜具有含致泡填料的不透明基礎(chǔ)層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7一項(xiàng)或多項(xiàng)的包裝，其特征在于所述薄膜在反面具有一個(gè)第二外層，其含有可在一種激光波長范圍內(nèi)吸收輻射的添加劑，其中此第二外層的添加劑在不同于第一外層添加劑的波長范圍內(nèi)吸收。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至9一項(xiàng)或多項(xiàng)的包裝，其特征在于所述薄膜僅在第一外層中含有可在一種激光的波長范圍內(nèi)吸收輻射的添加劑，而在其他層中則不含有。
10.由含有一個(gè)基礎(chǔ)層和至少一個(gè)第一外層的多層取向聚烯烴薄膜制成的包裝的生產(chǎn)方法，其特征在于聚烯烴薄膜在第一外層中含有可在激光的波長范圍內(nèi)進(jìn)行吸收的添加劑，并且采用激光輻射聚烯烴薄膜，這樣受輻射的區(qū)域局部溫度升高，并且第一外層的聚烯烴在受輻射區(qū)域處軟化或熔化，并在冷卻時(shí)粘合到另一層上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于所述聚烯烴薄膜具有一個(gè)反面的第二外層，在這個(gè)第二外層中含有可在一種激光波長范圍內(nèi)吸收的添加劑，借助于第一種波長范圍的激光可生產(chǎn)用于密封所述包裝的接縫，借助于具有不同于第一種激光的波長范圍的另一種波長范圍的第二種激光，可進(jìn)行薄膜的標(biāo)記和/或切割和/或穿孔。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于借助于多種不同波長的激光的加工可同時(shí)進(jìn)行。
13.包含帶蓋子容器的包裝的生產(chǎn)方法，其中蓋子置于容器的邊緣，并且其中這種蓋子由多層的取向聚烯烴薄膜制成，該薄膜含有一個(gè)基礎(chǔ)層和至少一個(gè)第一外層，并且該第一外層與容器邊緣相接觸，其特征在于薄膜在第一外層中含有可在一種激光的波長范圍內(nèi)進(jìn)行吸收的添加劑，這樣在采用該激光對薄膜局部輻射時(shí)，第一外層的溫度升高，使第一外層的聚烯烴在這一區(qū)域內(nèi)軟化或熔化并在冷卻時(shí)粘合到容器邊緣上。
14.多層的取向聚烯烴薄膜，它含有一個(gè)基礎(chǔ)層和至少一個(gè)第一外層，其特征在于第一外層中包含含有銅合金的顏料。
15.多層的取向聚烯烴薄膜，其特征在于銅合金是銅/鋅合金，并且顏料的含量為0.5至3％重量，基于外層的重量計(jì)。
16.多層的取向聚烯烴薄膜，其特征在于薄膜的其他層不含有任何可在激光的波長范圍內(nèi)吸收輻射的顏料。
17.多層的取向聚烯烴薄膜，其特征在于第一外層還含有白色顏料，優(yōu)選TiO2。
18.多層的取向聚烯烴薄膜，其特征在于基礎(chǔ)層含有含量最高達(dá)40％重量的填料，優(yōu)選CaCO3、TiO2、聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚對苯二甲酸丁二醇酯。
19.含有一個(gè)基礎(chǔ)層和至少一個(gè)第一外層的多層取向聚烯烴薄膜的應(yīng)用，其特征在于為了包裝的生產(chǎn)，所述聚烯烴薄膜在第一外層中含有可在激光的波長范圍內(nèi)進(jìn)行吸收的添加劑。
20.應(yīng)用，其特征在于包裝具有通過激光輻射產(chǎn)生的密封接縫。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由多層取向聚烯烴薄膜制成的包裝材料，該聚烯烴薄膜含有基礎(chǔ)層和至少一個(gè)第一外層，由此使所述第一外層與其本身接觸或與該薄膜的反面接觸或與另一個(gè)薄膜的表面接觸。這個(gè)第一外層中含有可在一種激光的波長范圍內(nèi)吸收光的添加劑，這樣在采用該激光對薄膜局部輻射時(shí)，受輻射區(qū)域的溫度升高，使第一外層的聚烯烴在受輻射區(qū)域軟化或熔化并在冷卻時(shí)粘合到另一層上。
文檔編號(hào)B32B27/32GK1395525SQ01803864
公開日2003年2月5日 申請日期2001年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月26日
發(fā)明者T·德里斯, W·艾瑟 申請人:特拉絲帕番有限公司