專利名稱：帶有壓塑成型的密封/阻擋層襯墊的塑料蓋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于飲料、食品、漿汁、藥品等類似用途的塑料容器蓋，特別涉及一種生產(chǎn)帶有密封襯墊的蓋的改進(jìn)方法，該襯墊具有對(duì)氣體、水蒸氣和/或添味劑(flavorants)(氣味散失(flavor scalping))的抗透過(guò)性。
同時(shí)申請(qǐng)的序列號(hào)(Docketl7138)名稱為“帶有壓塑成型的阻擋層襯墊的塑料蓋”的資料已經(jīng)完成，并已授權(quán)本代理人。
至此，已經(jīng)建議提出一種用于容器的包含塑料頂蓋的塑料蓋，該頂蓋帶有與容器的密封表面密封接合的內(nèi)部襯墊。例如，美國(guó)專利No.4,984,703公開(kāi)了一種帶有頂蓋的塑料蓋，該頂蓋有一個(gè)帶有圓周外緣的基底和固定頂蓋到容器的螺紋，和一個(gè)在頂蓋基底的內(nèi)部就地壓塑成型的密封襯墊。密封襯墊包含乙烯乙酸乙烯酯(EVA)和熱塑性彈性體材料例如烯烴或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的混合物。美國(guó)專利No.5,451,360公開(kāi)了一種在頂蓋內(nèi)部就地壓塑成型襯墊的方法和裝置。
然而，上述專利中所公開(kāi)的蓋和生產(chǎn)方法在當(dāng)時(shí)問(wèn)題的仍存在現(xiàn)有技術(shù)中，因此需要進(jìn)一步的改進(jìn)。例如，當(dāng)蓋被固定到容器上時(shí)，雖然柔性烯烴共聚物例如EVA有足夠的彈性，從而與容器的密封表面具有良好的密封性能，但是這些材料不能夠提供可令人接受的對(duì)氣體透過(guò)的阻擋性，這些氣體對(duì)容器內(nèi)的東西有害，例如氧氣和二氧化碳。至此，已經(jīng)建議使用一種阻擋層材料例如乙烯乙烯醇(EVOH)作為氣體透過(guò)阻擋層。然而，這些材料的特點(diǎn)就是昂貴并且發(fā)脆，不適合作密封材料。因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于塑料蓋的襯墊，該襯墊兼有與容器的密封表面接合的密封功能和改進(jìn)的抗氣體透過(guò)、氣味吸收(flavor absorption)(氣味散失(flavor scalping))和/或水蒸氣透過(guò)的阻擋作用。本發(fā)明的另一個(gè)和更具體的目的是為了提供一種具有所述特征的襯墊，即容易加工并且制品價(jià)格不貴。本發(fā)明的又一目的是提供一種滿足上述目的的襯墊，并且具有透明或半透明的結(jié)構(gòu)，以便通過(guò)襯墊閱讀印刷在蓋上的信息。本發(fā)明的更進(jìn)一步的目的是提供一種制造這樣一種襯墊的方法和使用這樣一種襯墊的蓋。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的塑料蓋，該蓋包括塑料頂蓋，該頂蓋有一帶有用于確定頂蓋內(nèi)部的圓周外緣的基底和外緣上用于將蓋固定到容器上的螺紋或其它的合適的裝置。襯墊被固定到基底的內(nèi)部。襯墊主要由基質(zhì)聚合物和用于阻擋氣體透過(guò)襯墊的阻擋層材料的交替層的多層組成，該阻擋層材料平行于襯墊的表面。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，該襯墊在頂蓋內(nèi)就地被壓塑成型，并包括至少9層基質(zhì)聚合物和阻擋層材料的交替層，優(yōu)選至少33層交替層，最優(yōu)選129層交替層。
“基質(zhì)聚合物”是熱塑性彈性體，一種柔軟的烯烴聚合物，或是上述的組合。熱塑性彈性體是具有熱塑性材料的加工性能和傳統(tǒng)熱固性橡膠的功能特性和性能的合成聚合物。商業(yè)上可得到的熱塑性彈性體共有六個(gè)通用等級(jí)苯乙烯嵌段，共聚物(SBC)，聚烯烴混合物(TPO)，彈性體合金，熱塑性聚氨酯(TPU)，熱塑性共聚酯和熱塑性聚酰胺。熱塑性彈性體在“Modern PlasticsEncyclopedia Handbook，”(由McGraw-Hill出版，1994)中，從64頁(yè)開(kāi)始被公開(kāi)，其內(nèi)容作為參考被引用。熱塑性彈性體的例子是由Shell Chemical生產(chǎn)，商標(biāo)為KRATON的苯乙烯嵌段共聚物。這些合成聚合物由三段線型或A-B-A型的不連續(xù)塊組成苯乙烯。彈性體合金化聚合物是乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)。另一種彈性體合金化聚合物由EPDM/PP和丁基橡膠/PP的組合物組成，由Advanced Elastomer Systems生產(chǎn)，商品名稱為SANTOPRENE和TREFSIN，在美國(guó)專利No.4,130,535，4,311,628，4,130,534和4,607,074中已經(jīng)公開(kāi)。通常，熱塑性彈性體的特點(diǎn)是肖氏A級(jí)硬度為45-95，彎曲模量為30,000-100,000psi。
柔性烯烴聚合物是熱塑性烯烴，均聚物和共聚物，其柔軟、有彈性且肖氏A級(jí)硬度小于大約100。一般，柔性烯烴聚合物為茂金屬聚乙烯，乙烯-丙烯橡膠，乙烯共聚物和上述的混合物，乙烯共聚物例如乙烯乙酸乙烯酯，乙烯丙烯酸甲酯共聚物和離聚物及上述的混合物。柔性烯烴聚合物的例子是由單點(diǎn)催化劑技術(shù)(single site catalyst technology)生產(chǎn)的α烯烴取代聚乙烯(在本領(lǐng)域中這些材料被稱為茂金屬聚乙烯)；乙烯乙酸乙烯酯(EVA)例如由DuPont生產(chǎn)，商標(biāo)為ELVAX；由單一位置催化劑技術(shù)制造的聚丙烯，在本領(lǐng)域中被稱為茂金屬聚丙烯；由Fina Oil和Chemical銷售的間規(guī)立構(gòu)聚丙烯；由DowChemical銷售的乙烯/丙烯共聚物和苯乙烯-乙烯共聚體；和離聚物例如DuPont’s SURLYN的產(chǎn)品系列。
本領(lǐng)域都知道，基質(zhì)聚合物一般由抗氧化劑、潤(rùn)滑劑和其它的穩(wěn)定劑組成。
“親和劑”是將兩種不同的熱塑性材料通過(guò)反應(yīng)(共價(jià)或偶極-偶極)鍵或不反應(yīng)(鏈纏結(jié))方式聯(lián)結(jié)在一起的熱塑性材料。例子包括馬來(lái)酸酐接枝聚合物或乙烯乙酸乙烯酯接枝聚合物例如Quantum Chemical’PLEXAR(商標(biāo))，Mitsui Petrochemical’s ADMER(商標(biāo))和DuPont’s BYNEL(商標(biāo))產(chǎn)品系列，乙烯丙烯酸甲酯，和離聚物。
“阻擋層材料”是熱塑性材料，具有低氣體和/或水蒸氣透過(guò)速率并對(duì)香料和主要油類具有高阻擋性。如下材料的氣體透過(guò)速率低于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)襯墊材料EVAEVOH(乙烯乙烯醇)例如Nippon Goshei’SOARNOL(商標(biāo))產(chǎn)品系列和Evalca’s EVAL(商標(biāo))產(chǎn)品系列，尼龍例如DuPont’s SELAR(商標(biāo))PA，EMS’sG21和Mitsubishi Gas’MXD6產(chǎn)品系列，British Petroleum’s BAREX(商標(biāo))丙烯腈產(chǎn)品系列，EVOH和不定形尼龍的混合物，EVOH和離聚物例如SURLYN(DuPont)的混合物，及例如由Ticona銷售的環(huán)烯烴共聚物。其它合適的阻擋層材料是混合物如美國(guó)專利Nos.4,977,004和5,064,716所公開(kāi)，和EVOH或尼龍與粘土的毫微復(fù)合材料(nanocomposites)如美國(guó)專利Nos.4,472,538和5,552,469所公開(kāi)，其內(nèi)容作為參考被引用。
一般優(yōu)選，襯墊還包括一種用于降低襯墊與容器的密封表面之間摩擦系數(shù)的添加劑。降低摩擦的添加劑包括金屬硬脂酸鹽，微晶蠟，聚乙二醇，脂肪酸酯和酰胺，這些在本領(lǐng)域中其被稱為“潤(rùn)滑劑”。優(yōu)選的潤(rùn)滑劑是低分子量脂肪酸酰胺材料，該材料由于從熔融態(tài)冷卻而在聚合物材料的暴露表面起霜，因此降低了襯墊和容器密封表面之間的摩擦系數(shù)。例子是化學(xué)通式為R-CO-NH2的伯酰胺，其中R是烷基基團(tuán)；化學(xué)通式為R-CO-NH-R’的仲酰胺，其中R，R’是烷基基團(tuán)；化學(xué)通式為R-CO-NH-A-NH-CO-R的仲二-酰胺，其中R，R’是烷基基團(tuán)，A是亞烷基基團(tuán)；和上述的混合物如美國(guó)專利No.5,306,542所公開(kāi)的。潤(rùn)滑劑優(yōu)選包括襯墊成份總重量的大約0.5％-1.5％，最優(yōu)選為大約0.5％重量。該潤(rùn)滑劑優(yōu)選被原料生產(chǎn)者混合到基質(zhì)聚合物材料中(與其它任何所需的著色劑一起)。潤(rùn)滑劑和/或著色劑的數(shù)量不包括在本發(fā)明的組分計(jì)算中。
襯墊中的阻擋層材料和基質(zhì)聚合物都各自在大約2％-50％的重量百分比范圍內(nèi)。襯墊中阻擋層材料最優(yōu)選的數(shù)量范圍是6％-35％的重量百分比，親和劑優(yōu)選范圍是6％-20％的重量百分比，余量的由基質(zhì)聚合物組成。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，用于塑料蓋的襯墊的生產(chǎn)方法包括以下步驟擠出顆粒，該顆粒由基質(zhì)聚合物和阻擋氣體透過(guò)的阻擋層材料的交替層的多重組成，以及壓塑成型該顆粒，使之成為襯墊圓盤，其中交替層主要在平行于圓盤的平面的方向被定向。顆粒中的層優(yōu)選由阻擋層材料、基質(zhì)聚合物和親和劑的進(jìn)料被共擠出。這些原料可以被分別擠出，或者在擠出前親和劑與阻擋層材料、基質(zhì)聚合物或兩者混合。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，顆粒中的層由包含基質(zhì)聚合物和親和劑材料的混合物的第二進(jìn)料被共擠出，親和劑是用來(lái)增加原料層之間的粘合性。壓塑成型襯墊的步驟優(yōu)選實(shí)施在蓋的頂蓋內(nèi)就地壓塑成型襯墊。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供一種用于塑料蓋的密封襯墊，該襯墊包括一圓盤，該圓盤主要由基質(zhì)聚合物材料和用于阻擋氧氣和二氧化碳通過(guò)層的阻擋層材料的交替層的多重組成。密封襯墊優(yōu)選在塑料蓋內(nèi)就地由壓塑成型裝模料或顆粒壓塑成型，其中交替層是被共擠出的。


本發(fā)明與其目的、特征和優(yōu)點(diǎn)一起將在以下的說(shuō)明、權(quán)利要求和附圖中被很好的理解圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例現(xiàn)在生產(chǎn)壓塑成型裝模料顆粒的流程的功能框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例說(shuō)明壓塑成型裝模料顆粒成為阻擋層襯墊的示意簡(jiǎn)圖；圖3是根據(jù)圖1、圖2所示的本發(fā)明的優(yōu)選方法，比例放大的塑料蓋的截面正視圖；圖4A和4B是申請(qǐng)中所述的裝模料顆粒在蓋頂蓋中測(cè)試定向的示意圖；圖5A是所指出蓋上的點(diǎn)被拍成顯微像片(圖5C-5G)的示意圖；圖5B-5G是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方案得到的測(cè)試結(jié)果的顯微像片；圖6和7與圖3相似，但所示的是改進(jìn)的襯墊幾何結(jié)構(gòu)；及圖8是與圖1相似的圖，但所示的是改進(jìn)的方法。
圖1所示是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的系統(tǒng)10，該系統(tǒng)包括一對(duì)擠出機(jī)12，14，每一個(gè)擠出機(jī)都有一個(gè)與之相聯(lián)的混合料斗13，15。擠出機(jī)12，14把作為第一第二進(jìn)料的擠出物對(duì)準(zhǔn)層形成裝置16。層形成裝置16將各自的進(jìn)料變成一般是不連續(xù)的、平行的層，并將平行層送到層合裝置18。層合裝置18的出料是擠出棒，將其切割成離散的裝模料顆粒20。顆粒20有主要平行的不連續(xù)交替層，每一層都由一種從擠出機(jī)12，14送到層形成裝置16的進(jìn)料組成。在顆粒20中平行層的數(shù)量是層合裝置18中的級(jí)數(shù)和每一級(jí)的結(jié)構(gòu)的函數(shù)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，層形成裝置16和層合裝置18如美國(guó)專利Nos.5,094,793和5,628,950中所公開(kāi)，這里作為參考被引用。可以使用其它的傳統(tǒng)的層形成方法。
圖8是改進(jìn)的系統(tǒng)10a，其中阻擋層、基質(zhì)聚合物和親和劑由相關(guān)聯(lián)的、分開(kāi)的擠出機(jī)12，14a，14b被送進(jìn)傳統(tǒng)的共擠出裝置16a中。最終的顆粒20d具有多層平鋪的、螺旋的或共軸的層。如圖8所示的三進(jìn)料系統(tǒng)配置中，親和劑的層是薄薄的并排列在阻擋層材料和基質(zhì)聚合物每一順次的層之間。合適的傳統(tǒng)共擠出裝置已被公開(kāi)，例如，美國(guó)專利Nos.4,522,775和美國(guó)專利No.5,628,950的背景技術(shù)中所公開(kāi)。這些材料的內(nèi)容作為參考被引用。圖1實(shí)施例的另一改進(jìn)，阻擋層材料可以被添加到基質(zhì)聚合物和親和劑的擠出機(jī)14的進(jìn)料中。例如到擠出機(jī)14的進(jìn)料可以由10％的EVOH、10％的親和劑和80％的EVA組成，都指重量百分比。擠出機(jī)12a以較低的速率工作，使得全部組成保持在上述討論的范圍之內(nèi)。在熱塑性彈性體之中加入阻擋層材料可以進(jìn)一步加強(qiáng)材料的阻擋性能。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方案，為了生產(chǎn)塑料蓋阻擋層襯墊，擠出機(jī)12或12a在料斗13的進(jìn)料優(yōu)選主要由一種或多種阻擋層聚合物組成，而擠出機(jī)14在料斗15的進(jìn)料優(yōu)選主要由一種或多種基質(zhì)聚合物(TPE或柔性烯烴)和親和劑材料組成?；|(zhì)聚合物優(yōu)選與潤(rùn)滑劑和任何所需的著色劑一起預(yù)混。這些原料在料斗15中被完全攪拌混合。擠出機(jī)12的阻擋層聚合物進(jìn)料優(yōu)選是一種或多種高氣體阻擋性塑料樹(shù)脂，選自以下組成EVOH，尼龍，丙烯腈共聚物例如苯乙烯丙烯腈和丙烯腈丙烯酸甲酯，EVOH和不定形尼龍的混合物，EVOH或尼龍和粘土的毫微復(fù)合材料(nanocomposites)，EVOH和離聚物的混合物，丙烯腈，環(huán)烯烴共聚物，及上述的混合物。擠出機(jī)14的基質(zhì)聚合物進(jìn)料優(yōu)選選自以下組成EVA，乙烯/丙烯共聚物，苯乙烯嵌段共聚物，三元共聚物，離聚物，熱塑性橡膠，苯乙烯/乙烯/丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物，苯乙烯/乙烯/丁二烯/苯乙烯組合物，苯乙烯/丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物，EPDM，金屬茂線型低聚乙烯，茂金屬間規(guī)立構(gòu)聚丙烯，合成一彈性體合金，橡膠例如丁基橡膠，苯乙烯共聚物例如苯乙烯/乙烯和三元共聚物例如苯乙烯/乙烯/丁烯，聚丙烯/丁基橡膠，和上述的混合物。擠出機(jī)14的親和劑進(jìn)料優(yōu)選選自以下組成馬來(lái)酸酐接枝聚合物，乙烯乙酸乙烯酯接枝聚合物，乙烯丙烯酸甲酯，離聚物和上述的混合物。如上所述，選自以下組成的潤(rùn)滑劑優(yōu)選與基質(zhì)聚合物預(yù)混脂肪酸酯，乙二醇，蠟，伯酰胺，仲酰胺，仲-二酰胺和上述的混合物。
阻擋層聚合物、基質(zhì)聚合物和親和劑材料的相對(duì)百分含量根據(jù)在步驟16、18中成型的各個(gè)層的厚度而定，相對(duì)百分含量還依次根據(jù)擠出機(jī)12，14的擠出流動(dòng)速率而定。擠出機(jī)14的混合物進(jìn)料和擠出的相對(duì)速率優(yōu)選成這樣使最終襯墊中的阻擋層材料和基質(zhì)聚合物的數(shù)量各自在2％-50％的重量百分比范圍內(nèi)。最優(yōu)選的是，最終出料20中的阻擋層聚合物的數(shù)量?jī)?yōu)選在6％-35％的重量百分比范圍內(nèi)，親和劑材料的優(yōu)選范圍是6％-20％的重量百分比，余量由基質(zhì)聚合物組成。增加阻擋層材料的百分含量就增加了最終襯墊的成本。確實(shí)，本發(fā)明的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)在于這樣一個(gè)事實(shí)例如，與EVA/EVOH的混合物相比，襯墊的層結(jié)構(gòu)增加了襯墊的阻擋性能，因此使用的阻擋層材料的數(shù)量較由聚合物混合組成的襯墊中的阻擋層材料的數(shù)量少。選擇粘合劑/親和劑材料的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的層與層之間的接合數(shù)量，并且調(diào)整與親和劑混合的基質(zhì)聚合物的粘度。這方面應(yīng)該引起注意，即擠出前親和劑與基質(zhì)聚合物的混合省去了第三擠出機(jī)，該擠出機(jī)在其他情況下也許是必需的，并且允許使用親和劑來(lái)調(diào)整基質(zhì)聚合物的粘度。如下情形也被認(rèn)為是所需的，即供到層形成步驟16的擠出物的流動(dòng)速率盡可能地一致。原料流動(dòng)速率已被原料生產(chǎn)者公開(kāi)，并可以在選擇合適的原料時(shí)使用。通過(guò)將EVA和馬來(lái)酸酐親和劑混合，親和劑的粘度降低得與EVOH的粘度更加一致。分開(kāi)的喂料流的粘度必須充分的一致以提供合適的層成型。如美國(guó)專利No.5,628,950所教導(dǎo)，其內(nèi)容作為參考被引用，為了提供合適的層成型，不同層材料之間的熔化粘度差異應(yīng)該不大于指數(shù)5。
應(yīng)該知道，相對(duì)百分含量隨著用途的變化而變化，除了其它因素外，還隨著硬度和因此的密封性、和所需的可移動(dòng)轉(zhuǎn)矩的變化而變化。至于硬度，發(fā)現(xiàn)襯墊硬度高于大約94或95肖氏(A)級(jí)時(shí)，用來(lái)與容器進(jìn)行合適的密封顯得太硬。當(dāng)使用相對(duì)硬的基質(zhì)聚合物時(shí)，例如EVA，阻擋層材料的上限可以相對(duì)低一些。然而當(dāng)使用相對(duì)硬度低的基質(zhì)聚合物時(shí)，例如聚丙烯/丁基橡膠，阻擋層材料的上限可以更加高一些。
圖2所示是置于預(yù)制塑料蓋頂蓋22之內(nèi)的裝模料顆粒20，該頂蓋在壓塑模26中的陰模24中。陽(yáng)模部分28緊緊地靠在顆粒20、頂蓋22、和模24上，以便壓塑成型顆粒20變成與頂蓋基底的內(nèi)表面融合或粘合的襯墊。即，參考圖3，裝模料顆粒在頂蓋22的基底30上就地被壓塑成型而形成襯墊20a。這可以用手工完成，或更優(yōu)選用如上述美國(guó)專利No.5,451,360所公開(kāi)的機(jī)械裝置。頂蓋22還包括一個(gè)從基底30的圓周延伸的外緣32，其內(nèi)螺紋34用于將頂蓋22固定到容器上?？蛇x擇地，顆粒20可以被分開(kāi)壓塑成型為襯墊20a，然后將其粘合固定到頂蓋22內(nèi)的基底30上。這樣一種操作需要額外的步驟和費(fèi)用，因此不是優(yōu)選的。作為第二選擇，襯墊可以如美國(guó)專利Nos.3,674,393，3,702,148，3,877,497,和4,518,336中所公開(kāi)的在蓋內(nèi)成型。圖6所示是另一種具有一平坦幾何形狀的襯墊20b，與圖3所示的具有加厚圓周的襯墊20a正相反。圖7所示是用于容納增加的阻擋層材料的具有平坦圓周和加厚的中間部位的襯墊20c。
本發(fā)明實(shí)施方案中的樣品已經(jīng)被制造出來(lái)并進(jìn)行了測(cè)試。在這些樣品中，基質(zhì)聚合物是由DuPont銷售的、商標(biāo)為ELVAC650的EVA。阻擋層材料或者是由Evalca銷售的、商品名稱為E105B的EVOH，或者是由DuPont銷售的商標(biāo)為SELAR PA的尼龍。親和劑是馬來(lái)酸酐基質(zhì)聚合物，由Mitsui Petrochemical銷售，商品名稱為ADMER QF551。
樣品的第一系列是由壓塑成型的襯墊膜(即，未配置在頂蓋22內(nèi))制造的。這些測(cè)試樣品是在熔化溫度380-440°F，由圖1的擠出系統(tǒng)以所需的比例由所擠出的材料制成的。擠出物有129層。該擠出物仍處在熔化溫度時(shí)，被兩個(gè)Teflon-coated金屬板夾在中間，這些層或者是平行或者是垂直于板的平面。該組合件然后被置于Carver壓力機(jī)中，在大約450psi下壓塑大約30秒，形成一個(gè)厚度為25-30密耳的薄膜。將薄墊片置于兩板的中間來(lái)測(cè)定最后的厚度。然后將該組合件(板和壓塑膜)從壓力機(jī)中移走，置于室溫的水浴中15秒。壓塑膜從板中被移走然后干燥。在100％的相對(duì)濕度和75°F下，根據(jù)ASTM D3985來(lái)測(cè)量氧氣滲透率。平面的方向被定向，如圖4B所示。第五測(cè)試樣品由10％的尼龍、80％的EVA和10％的親和劑組成，其中膜層的定向如圖4A所示，及第六測(cè)試樣品由10％的尼龍、80％的EVA和10％的親和劑組成，其中膜層的定向如圖4B所示。所有膜均為相同的厚度，即25-30密耳。表1所示是測(cè)試結(jié)果表1

應(yīng)該注意的是，與100％的EVA對(duì)照樣品1和混合物對(duì)照樣品2相比，根據(jù)本發(fā)明的測(cè)試?yán)?-6在氧氣滲透率方面都顯示出明顯的降低。確實(shí)，與混合物樣品2相比，根據(jù)本發(fā)明的甚至帶有明顯較少量EVOH的測(cè)試樣品在氧氣滲透率方面都顯示出明顯的降低。在較少量EVOH的情形下，滲透率的降低是由于在膜中的層合和在壓塑成型過(guò)程中膜中層的重新定向。在這方面應(yīng)該注意，即雖然樣品3和5的測(cè)試結(jié)果，其中膜中的層如圖4A所示被定向于平行于膜平面的方向，較如圖4B所示的層被定向在垂直于膜平面方向的測(cè)試結(jié)果稍好一些，但結(jié)果的差別是不明顯的。這被認(rèn)為是由于以下的事實(shí)造成壓塑成型作業(yè)中產(chǎn)生的熱量和壓力導(dǎo)致層壓材料表面上徑向向外的流動(dòng)，以便重新配置顆粒的層的結(jié)構(gòu)，甚至于在膜中的層合和在壓塑成型過(guò)程中膜中層的重新定向。在這方面應(yīng)該注意，即雖然樣品3和5的測(cè)試結(jié)果，其中膜中的層如圖4A所示被定向于平行于膜平面的方向，較如圖4B所示的層被定向在垂直于膜平面方向的測(cè)試結(jié)果稍好一些，但結(jié)果的差別是不明顯的。這被認(rèn)為是由于以下的事實(shí)造成壓塑成型作業(yè)中產(chǎn)生的熱量和壓力導(dǎo)致層壓材料表面上徑向向外的流動(dòng)，以便重新配置顆粒的層的結(jié)構(gòu)，甚至當(dāng)層起初垂直于最終膜平面時(shí)。也如圖5A-5G所示。圖5A是頂蓋和襯墊的平面示意圖，指出了樣品的五個(gè)被切割和染色的位置，并把此處拍成顯微像片圖5C-5G。圖5B所示是最初的顆粒層構(gòu)型，其中裝模料顆粒中的層主要在垂直于頂蓋基底平面的方向被定向。EVOH層已經(jīng)被著色，在圖5B-5G中是黑色的。圖5B是放大10X圖形，圖5C-5G是放大100X的圖形。也應(yīng)該注意，表1中樣品的硬度基本保持穩(wěn)定，這表示所有的樣品均適用于作為密封襯墊使用。
測(cè)試樣品的第二第三系列已被制造，這次是以襯墊壓塑成型在蓋內(nèi)的形式。在熔化溫度440°F，按照所需重量比例的產(chǎn)量，由圖1的系統(tǒng)擠出測(cè)試材料。顆粒20(圖2)從擠出物被手工切割并置于蓋外殼22內(nèi)。當(dāng)顆粒20仍處在或接近熔化溫度時(shí)，蓋和顆粒被置于圖2的壓塑模中，啟動(dòng)壓塑模具來(lái)壓塑該顆粒。所有顆粒中的膜層都如圖4B的垂直定向。壓塑力約為800psi，并持續(xù)大約15秒。每一帶有襯墊的測(cè)試蓋然后被擰到PET瓶口螺紋上，以工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的轉(zhuǎn)矩(25-30英寸-磅，對(duì)于43mm的蓋)。螺紋從瓶子上被切割并用環(huán)氧樹(shù)脂粘合到環(huán)繞孔的金屬板上，該孔與清洗管相連。然后帶有蓋的板被置于MoconOXYTRAN氧氣透過(guò)率試驗(yàn)機(jī)中。蓋外面的氧氣保持在1大氣壓，75°F和100％的相對(duì)濕度，用氮?dú)鈦?lái)清洗蓋內(nèi)的空間以便測(cè)量氧氣的濃度，和氧氣透過(guò)蓋的透過(guò)率。當(dāng)氧氣的透過(guò)率達(dá)到一穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，記錄該數(shù)值。
如圖4B所示，由20％的EVOH，16％的親和劑和64％的EVA組成的樣品的第二組是以顆粒層定向構(gòu)造的。這些樣品就地被壓塑成型到聚丙烯頂蓋中，測(cè)試兩月之后，與滲透率為0.012cc/天、帶有100％EVA襯墊的相同頂蓋相比，測(cè)得氧氣透過(guò)率為0.001cc/天。所有的測(cè)試中所有的襯墊均為0.025英寸厚且直徑為1.509英寸。測(cè)試樣品的第三組由壓塑成型在43mm塑料頂蓋22里的襯墊組成。所有的襯墊都厚0.025英寸，直徑為1.509英寸。下表是說(shuō)明測(cè)試結(jié)果的
表2樣品 氧氣透過(guò)率(cc/天)1.100％EVA襯墊 0.0122.34％EVOH，1％親和劑，0.00665％EVA(混合物)3.層合的20％EVOH，80％EVA/親和劑 0.0015因此可以看出，有點(diǎn)令人驚訝的是，在測(cè)試樣品中氧氣的滲透率并不根據(jù)成型前顆粒層的定向而定。上面討論的所有測(cè)試樣品中，顆粒都包含129層基質(zhì)聚合物(EVA)和阻擋層聚合物(EVOH或尼龍)的交替層，并帶有與基質(zhì)聚合物預(yù)混的親和劑。其它的測(cè)試由在擠出的顆粒中只含有9層的相似材料進(jìn)行。當(dāng)最初顆粒中的層在平行于襯墊最終平面的方向定向時(shí)-即如圖4A所示平行于蓋基底-氧氣透過(guò)率為0.0017cc/天。當(dāng)層最初垂直定向時(shí)如圖4B所示，氧氣滲透率在相同的測(cè)試條件下為0.0029cc/天?？梢哉J(rèn)為，只要在擠出的顆粒和最終襯墊中有足夠的層數(shù)量，無(wú)需考慮成型前層的定向，襯墊的阻擋性能就可以實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選多重層的每一層基本上都具有均勻的厚度，雖然由于層的多重性這不是關(guān)鍵性的。還優(yōu)選每一層都是均勻的組成。預(yù)計(jì)在某種應(yīng)用中可以使用顯示所需性能的其它材料添加層。
已經(jīng)公開(kāi)了一種阻擋層襯墊、帶有襯墊的蓋及其加工方法，完全滿足了前面所提出的目的和任務(wù)。使用其它傳統(tǒng)的技術(shù)和裝置，由其它的傳統(tǒng)材料可以很容易地生產(chǎn)襯墊。就使用的阻擋層材料的數(shù)量與氣體的滲透率和透過(guò)率的比較而言，該襯墊具有改進(jìn)的效果，這些氣體例如氧氣和二氧化碳，水蒸氣和主要的油類氣味(氣味散失)。專門的基質(zhì)/阻擋層組合已被公開(kāi)。對(duì)于不同用途預(yù)見(jiàn)的其它組合物，根據(jù)在此討論的原理和特性將向人們或本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員推薦。
以上所提到的所有專利和或出版物在此作為參考被引用。
權(quán)利要求
1.一種用于塑料蓋的密封襯墊，該襯墊包括一個(gè)圓盤(20a，20b或20c)，該圓盤主要由基質(zhì)聚合物材料和阻擋層材料的交替層的多重組成，阻擋層材料是用于阻擋氣體、水蒸氣和/或香味透過(guò)所述襯墊。
2.如權(quán)利要求1所述的襯墊，其中所述的襯墊包括一種增加層與層之間粘合性的親和劑材料。
3.一種塑料蓋，包括一帶有基底(30)和用于將蓋固定到容器上的在外緣之上裝置(34)的頂蓋(22)，該基底有一確定頂蓋內(nèi)部的圓周外緣(32)，和如權(quán)利要求1或2所述被固定到基底內(nèi)部的襯墊(20a，20b或20c)。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)明，其中所述的襯墊是在該頂蓋內(nèi)就地被壓塑成型。
5.前述任一權(quán)利要求中的蓋，其中所述的阻擋層材料在襯墊中的重量百分比范圍為大約6％-35％，親和劑在大約6％-20％的重量百分比范圍內(nèi)，余量由基質(zhì)聚合物材料組成。
6.如權(quán)利要求5所述的蓋，其中所述的基質(zhì)聚合物選自以下組成熱塑性彈性體，柔性烯烴聚合物和上述的混合物。
7.如權(quán)利要求6所述的蓋，其中所述的基質(zhì)聚合物是熱塑性彈性體，其肖氏A級(jí)硬度為45-95，彎曲模量為30,000-100,000psi。
8.如權(quán)利要求6所述的蓋，其中所述的基質(zhì)聚合物是熱塑性彈性體，選自以下組成苯乙烯嵌段共聚物和彈性體合金。
9.如權(quán)利要求6所說(shuō)的蓋，其中所述的基質(zhì)聚合物是一種烯烴聚合物，該聚合物的肖氏A級(jí)硬度小于100。
10.如權(quán)利要求9所述的蓋，其中所述的烯烴聚合物是選自以下組成茂金屬聚乙烯，乙烯-丙烯橡膠，乙烯共聚物及上述的混合物。
11.如權(quán)利要求5所述的蓋，其中所述的阻擋層材料選自以下組成EVOH，尼龍，丙烯腈共聚物，EVOH和不定形尼龍的混合物，EVOH或尼龍和粘土的毫微復(fù)合材料組成，EVOH和一種離聚物的混合物，丙烯腈，環(huán)烯烴共聚物及上述的混合物。
12.如權(quán)利要求5所述的蓋，其中所述的親和劑選自以下組成馬來(lái)酸酐接枝聚合物，乙烯乙酸乙烯酯接枝聚合物，乙烯丙烯酸甲酯，離聚物和上述的混合物。
13.如權(quán)利要求5所述的蓋，其中所述的阻擋層材料包含EVOH或尼龍，所述的基質(zhì)聚合物包含EVA。
14.如權(quán)利要求4所述的蓋，其中所述的基質(zhì)聚合物材料主要由一種或多種基質(zhì)聚合物和所述的親和劑材料形成的混合物組成。
15.如前述任一權(quán)利要求中的蓋，其中所述的襯墊至少由9層基質(zhì)聚合物和阻擋層材料的交替層組成。
16.如權(quán)利要求15所述的蓋，其中所述的襯墊由至少33層交替層組成。
17.如權(quán)利要求16所述的蓋，其中所述的襯墊由129層交替層組成。
18.如前述任一權(quán)利要求中的蓋，其中所述的襯墊的肖氏A級(jí)硬度不大于94。
19.如前述任一權(quán)利要求中的蓋，其中所述的襯墊包含的潤(rùn)滑劑的重量百分比為約0.5％-1.5％。
20.如權(quán)利要求19所述的蓋，其中所述的潤(rùn)滑劑的數(shù)量為約0.5％的重量百分比。
21.如權(quán)利要求19所述的蓋，其中所述的潤(rùn)滑劑選自以下組成脂肪酸酰胺，脂肪酸酯，微晶蠟，聚乙二醇，伯酰胺，仲酰胺，仲-二酰胺和上述的混合物。
22.一種用于如前述任一權(quán)利要求的塑料蓋的襯墊生產(chǎn)方法，包括以下步驟(a)擠出顆粒(20)，該顆粒主要由基質(zhì)聚合物材料和用于阻擋氣體透過(guò)的阻擋層材料的交替層的多重組成，和(b)壓塑成型該顆粒，使之成為一襯墊圓盤(20a，20b或20c)，其中交替材料層一般平行于圓盤被定向。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述的基質(zhì)聚合物材料主要由一種或多種基質(zhì)聚合物和一種親和劑材料形成的混合物組成。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述的基質(zhì)聚合物和親和劑材料的混合物的熔化粘度與阻擋層材料的差別不大于指數(shù)5。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述的步驟(a)包括擠出帶有基質(zhì)聚合物和阻擋層材料的親和劑材料的步驟。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述的親和劑材料在擠出前與基質(zhì)聚合物和阻擋層材料中的其一或二者混合。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述的基質(zhì)聚合物材料，阻擋層材料和親和劑材料是作為分開(kāi)的層被擠出的。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述的阻擋層材料和基質(zhì)聚合物材料的層彼此交替，親和劑材料層排列在每一阻擋層材料層和每一基質(zhì)聚合物材料層之間。
29.權(quán)利要求22-28中任一項(xiàng)所述的方法，還包括以下附加步驟(c)提供一帶有基底(30)和確定頂蓋內(nèi)部的圓周外緣(32)和外緣之上的用于將頂蓋固定到容器上的裝置(34)的頂蓋(22)，和(d)將所述的襯墊圓盤固定到基底的內(nèi)部。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述的步驟(b)和(d)是通過(guò)在所述的基底的內(nèi)部就地壓塑成型所述的顆粒同步進(jìn)行。
全文摘要
一種塑料蓋包含一頂蓋(22),該頂蓋帶有基底(30)和在外緣之上的用于將蓋固定到容器上的螺紋(34),基底有一確定頂蓋內(nèi)部的圓周外緣(32)。襯墊(20a,20b或20C)被固定到頂蓋的內(nèi)部,優(yōu)選通過(guò)在基底上就地壓塑成型。襯墊主要由基質(zhì)聚合物材料例如EVA和阻擋層材料例如 EVOH組成的交替層的多重組成,阻擋層材料是用于阻擋氣體、水蒸氣和/或香味透過(guò)襯墊?；|(zhì)聚合物優(yōu)選與親和劑材料例如馬來(lái)酸酐接枝聚合物預(yù)混,親和劑用于將基質(zhì)聚合物材料結(jié)合到阻擋層材料上。
文檔編號(hào)B29B9/12GK1225883SQ9811165
公開(kāi)日1999年8月18日 申請(qǐng)日期1998年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月24日
發(fā)明者D·B·里菲爾 申請(qǐng)人:歐文斯-伊利諾伊封閉物有限公司