具有聚烯烴和礦物填料的聚合物複合物的一次性蓋子的製作方法
2023-10-09 01:56:39
具有聚烯烴和礦物填料的聚合物複合物的一次性蓋子的製作方法
【專利摘要】一次性蓋子，包括以用於熱飲容器的蓋子形狀的熱成型片。該片材包括聚烯烴和至少一種礦物填料的聚合物複合物。該片材厚度小於約0.035英寸，且熱變形溫度至少與高抗衝聚苯乙烯的熱變形溫度相當。
【專利說明】具有聚烯烴和礦物填料的聚合物複合物的一次性蓋子
【背景技術】
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2011年4月21日申請的序列號為61 / 477，886的美國臨時申請的優先權，其全部內容以引用方式併入本文中。
【技術領域】
[0003]本申請一般涉及尤其適用於一次性蓋子及類似物的聚合物組合物。具體地，本申請涉及一種包括熱成型片材的一次性蓋子，該熱成型片材具有聚烯烴和至少一種礦物填料的聚合物複合物。
[0004]現有摶術
[0005]熱飲，例如為忙碌人士新鮮調製的咖啡通常盛放在具有一次性蓋子的厚紙杯中。咖啡一般在90-96°C下調製，在82-88°C下保持並在70_80°C下盛放。咖啡杯蓋優選地具有承受將蓋推至杯上所需之力以及在咖啡的溫度下保持尺寸穩定性的機械強度。在一溫度範圍之內的材料的機械強度可關係到材料的熱變形溫度(「HDT」)或負載下的變形溫度(「DTUL」)。目前用於熱飲杯的封蓋材料主要由高抗衝聚苯乙烯(「HIPS」)製成，由於其無定形結構，其易於加工並且在剛性和強度之間具有良好的平衡。但是，高抗衝聚苯乙烯樹脂可能易受化學侵蝕以及由溶劑造成的碎裂。另外，樹脂中存在的殘留苯乙烯單體可散發惱人的氣味。此外，在所有的商品級樹脂中，高抗衝聚苯乙烯樹脂具有相對高的碳足跡。因此，仍需要製造改良的一次性蓋子。
[0006]發明概沭
·[0007]下文將描述本申請的目的和優點，通過下文的描述以及通過實踐本申請所了解到的，可明顯地了解本發明的目的和優點。由書面描述和權利要求中特別指出的裝置以及從附圖中，可實現以及達到本申請的額外的優點。
[0008]為了達到這些和其它優點以及根據本申請廣義和具體的目的，本申請包括一次性蓋子，其包括用於熱飲容器的蓋子形狀的熱成型片材。該片材包括聚烯烴和至少一種礦物填料的聚合物複合物。該片材的厚度小於約0.035英寸，且熱變形溫度至少與高抗衝聚苯乙烯相當。
[0009]根據一方面，該熱變形溫度至少約等於高抗衝聚苯乙烯的熱變形溫度。特別地，根據受彎曲負載下的邊緣位置塑料的熱變形溫度的ASTM D648-06標準測試法(2006)，熱變形溫度可以至少為約87°C。
[0010]如本文所實施的那樣，礦物填料可包括高長徑比的礦物填料，例如，選自由滑石粉，雲母，矽灰石或其組合構成的群組。例如，聚合物複合物可包括至少約10重量％的高長徑比的礦物填料。此外或替代地，礦物填料可包括低長徑比的礦物填料，例如碳酸鈣。例如，聚合物複合物可以包括至少約20重量％的低長徑比的礦物填料。聚烯烴可選自由聚丙烯均聚物、聚丙烯抗衝共聚物、乙烯-丙烯無規共聚物、高密度聚乙烯或其組合構成的群組。[0011 ] 在一個實施例中，聚烯烴包括聚丙烯，礦物填料包括高長徑比的礦物填料，且該聚合物複合物包括至少約10重量％的礦物填料。在另一個實施方式中，聚烯烴包括聚丙烯，礦物填料包括低長徑比的礦物填料，且該聚合物複合物包括至少約20重量％的礦物填料。在又一個實施方式中，聚烯烴包括高密度聚乙烯，礦物填料包括高長徑比的礦物填料，且該聚合物複合物包括至少約20重量％的礦物填料。在又一個實施方式中，聚烯烴包括高密度聚乙烯，礦物填料包括低長徑比的礦物填料，且該聚合物複合物包括至少約40重量％的礦物填料。
[0012] 根據另一方面，聚烯烴可以包括聚丙烯，礦物填料可包括高長徑比的礦物填料，且該聚合物複合物的收縮率可與高抗衝聚苯乙烯相當。例如，根據ASTM D955標準(1996)測量時，聚合物複合物的收縮率可為約0.5%到約1.0%。在此方式中，聚合物複合物包括約20重量％到約40重量％的礦物填料。
[0013]根據另一方面，聚烯烴可包括聚乙烯，礦物填料可包括高長徑比的礦物填料，且該聚合物複合物的收縮率可與聚丙烯相當。例如，根據ASTM D955標準(1996)測量時，聚合物複合物的收縮率可為約1.25%到約1.75%。在此實施方式中，聚合物複合物包括約30重量％到約50重量％的礦物填料。
[0014]根據所公開的主題的一個方面，聚合物複合物主要由聚烯烴和至少一種礦物填料構成。但是，該聚合物複合物可進一步包括添加劑，其選自由著色劑，加工助劑及其組合構成的群組。
[0015]如本文所實施的那樣，熱飲容器可以是咖啡杯，但是也可以預想一種用於其它合適容器的蓋子。
[0016]根據另一個方面,該聚合物複合物的碳足跡(footprint)低於高抗衝聚苯乙烯。例如，該聚合物複合物的溫室氣體排放低於高抗衝聚苯乙烯。
[0017]應當理解上文概述和下文詳細描述僅是示例性的，旨在進一步解釋本申請的權利要求。
[0018]併入本說明書並且構成本說明書一部分的附圖旨在圖解本申請的裝置，且提供對本申請裝置的進一步的解釋。附圖連同書面描述用於解釋本申請的原理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為根據所公開的主題的純淨的高抗衝聚苯乙烯、純淨的聚丙烯、純淨的高密度聚乙烯以及某些礦物填充的聚合物複合物各自的熱變形溫度圖。
[0020]圖2是根據所公開的主題的純淨的高抗衝聚苯乙烯、純淨的聚丙烯、純淨的高密度聚乙烯以及某些礦物填充的聚合物複合物各自的收縮特性圖。
[0021]優詵實施方式詳沭
[0022]現將詳細參考本申請優選的實施例，附圖中圖解本申請的實施例。本文呈現的一次性蓋子一般旨在與盛放高溫熱飲，例如咖啡的杯子或其它容器配合使用。儘管本文將參考用於熱飲杯的蓋子，也可預想到其它類似或合適的用途。
[0023]典型地，聚烯烴的熱變形溫度低於高抗衝聚苯乙烯(「HIPS」)，因此不適合單獨(例如純淨的)用作熱飲杯的封蓋材料。然而，根據所公開的主題，聚烯烴的熱變形溫度可通過加入至少一種礦物填料以形成聚合物複合物而得到改善。得到的聚合物複合物的熱變形溫度可至少約等於高抗衝聚苯乙烯的熱變形溫度，因此可用作熱飲杯或類似物的封蓋材料。
[0024]根據所公開的主題的一次性蓋子包括用於熱飲容器的蓋子形狀的熱成型片。所述片材包括聚烯烴和至少一種礦物填料的聚合物複合物。片材厚度小於約0.035英寸且熱變形溫度至少與高抗衝聚苯乙烯的熱變形溫度相當。
[0025]在一個實施方式中，礦物填料可包括用於提高聚烯烴的熱變形溫度的任意合適的礦物填料。例如但不限於，礦物填料可包括高長徑比的填料，低長徑比的填料，或兩者的混合物。為便於理解，本文將術語顆粒的「長徑比」定義為顆粒的最大尺寸除以顆粒的最小尺寸的比率。通過電子顯微鏡(放大2，000倍)掃描以及視覺上觀察顆粒的外表面來確定顆粒的長度和厚度，從而確定長徑比。
[0026]本文將高長徑比填料定義為長徑比至少為約5: I的填料。本文所公開的主題的高長徑比填料的長徑比一般為約5: I到約40: 1，優選約10: 1到約20: 1。高長徑比填料可包括滑石粉、雲母、矽灰石或其組合。市售的滑石粉材料包括，但不限於，可從Luzenac Amer ica of Eng lewood, Colorado 購買的 JETFIL? 575。市售的雲母材料包括可從 Zemex Indust rial Minerals, Inc.購買的SUZ0REX? 325-PP。市售的娃灰石包括，但不限於，可從 NYCO Mineral s Inc.0f Calgary, Alberta, Canada 購買的NYGL0S? 系列娃灰石。
[0027]所公開的主題的低長徑比填料的長徑比一般為1:1到約3: 1，優選為1:1到約2:1。低長徑比填料可包括碳酸鈣、硫酸鋇或其組合。市售的碳酸鈣包括，但不限於，可從 OMYA Inc.0f Cincinnat i, OH 購買的 0MYACARB FT?，或可從 Imerys PerformanceMinera I s Inc.0f Alpharet ta, Ga.購買的SllperCOat?。市售硫酸鋇的一個不例是可從 Polar Minerals in Mentor, Ohio 購買的 BARITE 2075?。
[0028]當所述的至少一種填料包括高長徑比和低長徑比填料的混合物時，所述填料混合物可包括任意合適重量百分比的高長徑比填料和低長徑比填料。例如，所述填料混合物可包括至少50重量％的高長徑比填料。在一個實施方式中，所述填料混合物可具有約50到約80wt.%的高長徑比填料以及約20到約50wt.%的低長徑比填料。
[0029]根據一方面，所述聚烯烴可以是任意合適的聚烯烴。例如但不限於，聚烯烴可選自由聚丙烯均聚物、聚丙烯抗衝共聚物、乙烯-丙烯無規共聚物、高密度聚乙烯或其組合構成的群組。所述聚烯烴可以是均聚聚丙烯和抗衝共聚聚丙烯以任意需要的重量百分比，例如60 / 40混合，或以足夠達到複合物所需抗衝性質的混合比例混合。
[0030]根據一個方面，聚合物複合物可主要由聚烯烴和至少一種礦物填料組成。但是，聚合物複合物可進一步包括本領域技術人員已知的任意的添加劑。例如，但不限於，添加劑可包括著色劑，加工助劑例如常用於加工組合物的那些，或其組合。
[0031]根據一個方面，可使用多種常規製造以及成型工藝形成該一次性蓋子，包括熱成型或注射成型工藝，但本文使用熱成型工藝。根據一種製造方法，在雙螺杆擠出機中熔融聚烯烴樹脂的團塊。將至少一種礦物填料的粉末與聚烯烴熔體混合和/或加入到聚烯烴熔體中，以形成混合物。該混合物通過模具擠出，以形成擠出片材。然後將擠出片熱成型為所需的一次性蓋子的形狀。任選地，可從典型的化學工藝中製造團塊形式的具有高填料含量的礦物填充的化合物，在片材擠出工藝中使該團塊進一步稀釋到需要的填料含量。[0032]可根據需要選擇蓋的厚度，但是一般小於約0.15英寸，優選小於約0.035英寸。優選地，蓋的厚度可以是約0.01到約0.025英寸。蓋可以是聚烯烴/填料混合物的天然顏色，或各種顏色或顏色的組合。如本領域已知的，可根據需要選擇蓋的高度、重量、形狀以及設計，以配合合適的熱飲容器，例如咖啡杯。例如，蓋的重量可為約3到約4克。示例性蓋設計包括，但不限於，在美國專利號 7, 819，271,7, 789，260,7, 691，302、D556, 573、D544, 793、D541, 651、D541, 650、D541, 153、D540, 675、D540, 674、D540, 673、D540, 672、D540, 166、D540, 165、D539, 646、D533, 778、D635, 855,7, 731，047,7, 513，382,7, 246，715、D540, 167、D539, 650、D539, 649、D536, 249、D535, 561,7, 159，732,7, 156，251,7, 134，566,7, 131，551、D530, 602,7, 063，224、D514, 445、D514, 444,6, 874，649,6, 732，875、D489, 260、D485, 578、6，679，397,6, 644，490、D478, 006、D477, 223、D476, 891、D476, 566,4, 753，365、D287, 919、4，615，459和4，589，569中描述和顯示的，其各自的內容通過引用整體引入本文。
[0033]根據公開的主題的一方面，熱變形溫度(「HDT」)，也被稱作負載下的變形溫度(「DTUL」)可根據受彎曲負載下在邊緣位置塑料的熱變形溫度的ASTM D648-06標準測試法(2006)測定。為了圖示的目的且不是限制，表1包括根據ASTM D648-06標準(2006)測定的純淨的高抗衝聚苯乙烯、純淨的聚丙烯(「PP」)、純淨的高密度聚乙烯(「HDPE」)以及根據公開的主題的多種礦物填充的聚合物複合物的熱變形溫度。表1提供的數據名義上是基於寬度為12.7mm、厚度為3.17mm和跨度為101.6mm的注射模塑棒。施加2.5N負載以達到0.455MPa(66PSI)的纖維壓力。熱傳遞介質的溫度以2.(TC / min的速度斜升。在3(TC下將變形重設為0，以允許任何的低溫蠕變。樣品額外變形0.25mm下的溫度被認為是熱變形溫度。為了圖示的目的且不是限制，圖1提供了表1中所提供的熱變形溫度數據的圖形表示。特別地，圖1顯示與純淨的HIPS作為對照相比，熱變形溫度隨著聚丙烯或高密度聚乙烯與滑石粉或碳酸鈣四種不同組合的礦物填料的含量而增加。
[0034]表1.HIPS、PP、HDPE和礦物填充的複合物的DTUL以及頂成型收縮率
[0035]
【權利要求】
1.一次性蓋子，包括: 用於熱飲容器的蓋子形狀的熱成型片材，該片材包括聚烯烴和至少一種礦物填料的聚合物複合物； 其中，該片材的厚度小於約0.035英寸，且熱變形溫度至少與高抗衝聚苯乙烯的熱變形溫度相當。
2.根據權利要求1所述的一次性蓋子，其中所述熱變形溫度至少約等於高抗衝聚苯乙烯的熱變形溫度。
3.根據權利要求1所述的一次性蓋子，其中根據彎曲負載下在邊緣位置的塑料的熱變形溫度的ASTM D648-06標準測試法(2006)，所述熱變形溫度至少為約87°C。
4.根據權利要求1所述的一次性蓋子，其中所述礦物填料包括高長徑比的礦物填料。
5.根據權利要求4所述的一次性蓋子，其中所述礦物填料選自由滑石粉、雲母、矽灰石或其組合組成的組。
6.根據權利要求4所述的一次性蓋子，其中所述聚合物複合物包括至少約10重量％的礦物填料。
7.根據權利要求1所述的一次性蓋子，其中所述礦物填料包括低長徑比的礦物填料。
8.根據權利要求7所述的一次性蓋子，其中所述礦物填料包括碳酸鈣。
9.根據權利要求7所述的一次性蓋子，其中所述聚合物複合物包括至少約20重量％的礦物填料。
10.根據權利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚烯烴選自由丙烯均聚物、聚丙烯抗衝共聚物、乙烯-丙烯無規共聚物、高密度聚乙烯或其組合組成的組。
11.根據權利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚烯烴包括聚丙烯，所述礦物填料包括高長徑比的礦物填料，且所述聚合物複合物包括至少約10重量％的礦物填料。
12.根據權利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚烯烴包括聚丙烯，所述礦物填料包括低長徑比的礦物填料，且所述聚合物複合物包括至少約20重量％的礦物填料。
13.根據權利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚烯烴包括高密度聚乙烯，所述礦物填料包括高長徑比的礦物填料，且所述聚合物複合物包括至少約20重量％的礦物填料。
14.根據權利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚烯烴包括高密度聚乙烯，所述礦物填料包括低長徑比的礦物填料，且所述聚合物複合物包括至少約40重量％的礦物填料。
15.根據權利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚烯烴包括聚丙烯，所述礦物填料包括高長徑比的礦物填料，且所述聚合物複合物的收縮率與高抗衝聚苯乙烯的收縮率相當。
16.根據權利要求15所述的一次性蓋子，其中根據ASTMD955標準(1996)測量時，所述聚合物複合物的收縮率為約0.5%到約1.0%。
17.根據權利要求15所述的一次性蓋子，其中所述聚合物複合物包括約20重量％到約40重量％的礦物填料。
18.根據權利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚烯烴包括高密度聚乙烯，所述礦物填料包括高長徑比的礦物填料，且所述聚合物複合物的收縮率與聚丙烯的收縮率相當。
19.根據權利要求18所述的一次性蓋子，其中根據ASTMD955標準(1996)測量時，所述聚合物複合物的收縮率為約1.25%到約1.75%。
20.根據權利要求18所述的一次性蓋子，其中所述聚合物複合物包括約30重量％到約50重量％的礦物填料。
21.根據權利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚合物複合物主要由聚烯烴和至少一種礦物填料組成。
22.根據權利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚合物複合物進一步包括添加劑，該添加劑選自由著色劑、加工助劑及其組合組成的組。
23.根據權利要求1所述的一次性蓋子，其中所述熱飲容器為咖啡杯。
24.根據權利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚合物複合物的碳足跡低於高抗衝聚苯乙烯。
25.根據權利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚合物複合物的溫室氣體排放低於高抗衝聚苯乙 烯。
【文檔編號】B65D43/00GK103597018SQ201280019637
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年4月18日 優先權日:2011年4月21日
【發明者】W·P·吳, A·H·福布斯 申請人:派克蒂夫有限責任公司