阻氣熱封複合膜及包含此複合膜的真空絕熱板的製作方法
2023-05-25 04:30:41 1
專利名稱：阻氣熱封複合膜及包含此複合膜的真空絕熱板的製作方法
技術領域：
本發明是涉及一種阻氣熱封材料，特別是涉及一種阻氣熱封複合膜及包含此複合膜的真空絕熱板。
背景技術：
高阻氣性膜材具有極高的氣體阻隔性及可撓性，用於真空密封或阻氣包裝，杜絕顯著氣體穿透的效果，可長達數年之久。在傳統常用阻氣膜材中，塑料膜材的阻氣性遠無法達到上述要求。玻璃材料雖具有良好氣體阻隔性，但其製作耗能、幾無可撓性及厚重等缺點使其應用不易。金屬膜材如鋁箔則有製作耗能及不可回收的缺點，且其高導熱性使其不適合應用於特定產品(如真空絕熱板)。有鑑於單一材料無法達到理想性質，複合膜材如蒸鍍金屬、SiOx的塑料膜材遂被發明出來，以同時達到可撓及高阻氣特性。惟其阻氣性質仍需作顯著提升。
發明內容
本發明的目的在於提供一種兼具可撓性和高阻氣性的阻氣熱封複合膜。本發明的一實施方式，提供一種阻氣熱封複合膜，包括一熱封層，是由超低 密度聚乙烯 (very low density polyethylene, VLDPE)、低密度聚乙烯(low density polyethylene，LDPE)、線型低密度聚乙烯(linear low density polyethylene，LLDPE)、 高密度聚乙烯(high density polyethylene, HDPE)、茂金屬聚乙烯(metallocene polyethylene, mPE)、茂金屬線型低密度聚乙烯(metallocene linear low density polyethylene，mLLDPE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(ethylene vinyl acetate, EVA)、乙烯-丙烯(ethylene-propylene, EP)共聚物、或乙烯-丙烯-丁烯(ethylene-propylene-butene, EPB)三聚物所構成；以及一阻氣層，包括多個複合層，形成於該熱封層上，每一所述複合層包括一高分子基材與單層或多層的金屬或其氧化物層，形成於該高分子基材的單面或雙面上，其中該高分子基材是由單軸或雙軸延伸的聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate, PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(polybutylene terephthalate, PBT)、聚醯亞胺(polyimide, PI)、乙烯-乙烯醇(ethylene/vinyl alcohol, EV0H)共聚物、或其組合所構成。本發明的阻氣熱封複合膜還包括至少一前導物(primer)層，形成於所述該高分子基材與所述金屬或其氧化物層之間或所述金屬或其氧化物層之間。該前導物層是由聚氨酯丙烯酸酯(urethane acrylate)、環氧丙烯酸酯(印oxy acrylate)、有機矽丙烯酸酯 (silicone acrylate)、或其混合物所構成。本發明的阻氣熱封複合膜還包括一保護層，形成於該阻氣層上。該保護層是由單軸或雙軸延伸的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醯胺 (po lyamide, PA)、聚萘二甲酸乙酯(poly (ethylene-2，6-naphthalate)，PEN)、或聚醯亞胺 (PI)所構成。本發明的阻氣熱封複合膜結構包含三部分，依序為保護層、高阻氣複合層及氣密熱封層。結構中，保護層提供可印刷特性及保護其內的高阻氣複合層免於物理性損害；高阻氣複合層可提供高阻氣特性；氣密熱封層則提供可熱封性質。而於高阻氣複合層中導入的前導物層，可促進金屬接著及阻氣效果。本發明提供一種可撓性、高阻氣性、質輕、節能、可回收的阻氣熱封複合膜，取代傳統可撓式鋁箔高阻氣膜，適合應用於高阻氣食品、藥物包裝材及冷凍櫃、冰箱、冰庫、建築物的真空絕熱板，作為節能減碳材。其氧氣穿透率可小於0. 01cc/m2day · atm ；水蒸氣穿透率可小於0. 01g/m2day ；熱封強度大於1，500g/25mm。此外，本發明的阻氣熱封複合膜製備工藝節能簡單，適合卷對卷(roll to roll)生產，且由於複合膜中的熱封層Tg小於零度，因此，在低溫應用下耐候性佳。本發明的一實施方式，提供一種真空絕熱板(vacuum insulation panel，VIP)，包括一發泡材，該發泡材的密度小於0. lg/cm3,開孔率大於90%，氣泡大小為小於250 μ m, 可承受壓力大於lkg/cm2 ；以及一上述的阻氣熱封複合膜，包覆該發泡材，該阻氣複合膜的氧氣穿透率小於0. 01cc/m2day · atm，水蒸氣穿透率小於0. 01cc/m2day。
圖1是根據本發明的一實施方式的一種阻氣熱封複合膜結構的示意圖；圖2是根據本發明的一實施方式的一種阻氣熱封複合膜結構的示意圖；圖3是根據本發明的一實施方式的一種阻氣熱封複合膜結構的示意圖；以及圖4是根據本發明的一實施方式的一種開孔PS發泡體內部結構圖；其中，主要組件符號說明10、58 PET 保護膜；12、22、32、44、54、60、70、78 接合膠層；14、24、62 雙面鍍鋁的PET膜；16、26、38、48、64 PET ；18、28、40、50、66、76 鋁膜；20、30、42、52、68 前導物層；34、80 PE氣密熱封層；36、46 單面蒸鍍二層鋁膜的PET膜；56 EP共聚物氣密熱封層；72 單層鍍鋁的EVOH膜；74 EVOH。為讓本發明的上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，作詳細說明如下
具體實施例方式本發明的一實施例，提供一種阻氣熱封複合膜，包括一熱封層，由超低密度聚乙烯 (VLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、線型低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、茂金屬聚乙烯(mPE)、茂金屬線型低密度聚乙烯(mLLDPE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯(EP)共聚物、或乙烯-丙烯-丁烯(EPB)三聚物所構成，以及一阻氣層，包括多個(至少二個)複合層，形成於熱封層上，每一複合層包括一高分子基材與單層或多層的金屬或其氧化物層，其中單層或多層的金屬或其氧化物層形成於高分子基材的單面或雙面上，高分子基材由單軸或雙軸延伸的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、 聚醯亞胺(PI)、乙烯-乙烯醇(EVOH)共聚物、或其組合(例如表面形成有乙烯-乙烯醇 (EVOH)共聚物的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET))所構成。上述金屬或其氧化物層可包括周期表第三周期或第四周期的金屬元素及其氧化物(例如Al、Cr、Cu、Ti、Zn、A1203、CaO、TiO2或ZnO等)。在一實施例中，藉由例如真空蒸鍍法(vacuum evaporation)形成單層或多層的金屬或其氧化物層於高分子基材的單面或雙面上。本發明的阻氣熱封複合膜中還包括至少一前導物層，形成於高分子基材與金屬或其氧化物層之間或兩金屬或其氧化物層之間，以促進金屬接著及阻氣效果。前導物層可由聚氨酯丙烯酸酯、環氧丙烯酸酯、有機矽丙烯酸酯、或其混合物所構成。本發明的阻氣熱封複合膜中還包括一保護層，形成於阻氣層上。保護層可由單軸或雙軸延伸的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醯胺(PA)、聚萘二甲酸乙酯(PEN)、或聚醯亞胺(PI)所構成。本發明的阻氣熱封複合膜中還包括一接合膠層，形成於熱封層、阻氣層與保護層之間以及阻氣層中的兩複合層之間，以貼合熱封層、阻氣層與保護層以及阻氣層中的兩複合層。接合膠可包括環氧樹脂系、聚氨酯系、壓克力系、纖維素系、或低密度聚乙烯。上述熱封層的厚度介於12 100微米，較佳介於20 60微米。上述高分子基材的厚度介於10 50微米，例如介於12 50微米，較佳介於12 25微米。上述金屬或其氧化物層的厚度介於30 100納米，較佳為40 80納米。上述保護層的厚度介於12 50微米，較佳介於12 25微米。本發明的阻氣熱封複合膜結構包含三部分，依序為保護層、高阻氣複合層及氣密熱封層。結構中，保護層提供可印刷特性及保護其內的高阻氣複合層免於物理性損害；高阻氣複合層可提供高阻氣特性；氣密熱封層則提供可熱封性質。而於高阻氣複合層中導入的前導物層，可促進金屬接著及阻氣效果。本發明提供一種可撓性、高阻氣性、質輕、節能、可回收的阻氣熱封複合膜，取代傳統可撓式鋁箔高阻氣膜，適合應用於高阻氣食品、藥物包裝材及冷凍櫃、冰箱、冰庫、建築物的真空絕熱板，作為節能減碳材。其氧氣穿透率可小於0. 01cc/m2day · atm ；水蒸氣穿透率可小於0. 01g/m2day ；熱封強度大於1，500g/25mm。此外，本發明阻氣熱封複合膜製備工藝節能簡單，適合卷對卷生產，且由於複合膜中的熱封層Tg小於零度，因此，在低溫應用下耐候性佳。本發明的一實施例，提供一種真空絕熱板(VIP)，包括一發泡材，發泡材的密度小於0. lg/cm3,開孔率大於90 %，氣泡尺寸小於250 μ m,較佳小於100 μ m,可承受壓力大於lkg/cm2，以及一上述的阻氣熱封複合膜，包覆發泡材，阻氣複合膜的氧氣穿透率小於 0. 01cc/m2day · atm，水蒸氣穿透率小於 0. 01cc/m2day。上述發泡材可由開孔性的聚苯乙烯(polystyrene，PS)或聚丙烯 (polypropylene, PP)所構成。本發明真空絕熱板的熱傳導係數小於0. 01ff/m · k。
實施例1本發明阻氣熱封複合膜的製作(1)以蒸鍍、貼合方式製作多層複合膜，請參閱圖1，由上而下分別為PET保護膜 10 (厚度為13 μ m)，環氧樹脂接合膠層12 (厚度為7 μ m)，雙面鍍鋁的PET膜14 (PET 16厚度為17 μ m,鋁膜18厚度為30nm，前導物層20厚度為7 μ m)，環氧樹脂接合膠層22 (厚度為 7 μ m)，雙面鍍鋁的PET膜M (PET 26厚度為17 μ m,鋁膜28厚度為30nm，前導物層30厚度為7 μ m)，環氧樹脂接合膠層32 (厚度為7 μ m)，PE氣密熱封層34 (厚度為60 μ m)。此實施例製作的阻氣熱封複合膜其氧氣穿透率小於0. 01cc/m2day. atm ；熱封強度大於1，500g/25mm。實施例2本發明阻氣熱封複合膜的製作O)以蒸鍍、貼合方式製作多層複合膜，請參閱圖2，由上而下分別為單面蒸鍍二層鋁膜的PET膜36 (PET 38厚度為17 μ m,鋁膜40厚度為30nm，前導物層42厚度為7 μ m,蒸鍍面朝向環氧樹脂接合膠層44)，環氧樹脂接合膠層44 (厚度為7 μ m)，單面蒸鍍二層鋁膜的 PET膜46 (PET 48厚度為17 μ m,鋁膜50厚度為30nm，前導物層52厚度為7 μ m,蒸鍍面朝向環氧樹脂接合膠層44)，環氧樹脂接合膠層M (厚度為7 μ m)，EP共聚物氣密熱封層56 (厚度為60 μ m)。此實施例製作的阻氣熱封複合膜其氧氣穿透率小於0. 01cc/m2day. atm ；水蒸氣穿透率小於0. 01g/m2day ；熱封強度大於1，500g/25mm。實施例3本發明阻氣熱封複合膜的製作(3)以蒸鍍、貼合方式製作多層複合膜，請參閱圖3，由上而下分別為PET保護膜 58 (厚度為13 μ m)，環氧樹脂接合膠層60 (厚度為7 μ m)，雙面鍍鋁的PET膜62 (PET 64厚度為17 μ m,鋁膜66厚度為30nm，前導物層68厚度為7 μ m)，環氧樹脂接合膠層70 (厚度為7 μ m)，單面鍍鋁的EVOH膜72 (EV0H 74厚度為20 μ m,乙烯含量為44%，鋁膜76厚度為 30nm,蒸鍍面朝向與鋁膜76相接著的環氧樹脂接合膠層70)，環氧樹脂接合膠層78 (厚度為 7 μ m)，PE氣密熱封層80 (厚度為60 μ m)。此實施例製作的阻氣熱封複合膜其氧氣穿透率小於 0. 01cc/m2day. atm ；熱封強度大於 1，500g/25mm。實施例4本發明真空絕熱板中發泡材的製作本實施例所使用的材料為分子量介於20萬到30萬之間的聚苯乙烯(PS)。首先是PS與其它樹脂(例如低密度聚乙烯(LDPE))和填充劑(例如碳酸鈣、碳黑)和成核劑 (例如硬脂酸鈣、硬脂酸鋅)在150°C 200°C之下利用擠出機將PS樹脂與其它添加劑混煉均勻，並製造成為PS樹脂粒狀物，再利用連續方式製造發泡材。連續方式的製備工藝以 Tandem方式排列兩擠出機，兩擠出機互相連接，第二支擠出機連接模頭。PS樹脂粒狀物放入第一支擠出機，其作用為熔融PS樹脂、灌入氣體例如二氧化碳(CO2)和混合氣體與PS樹脂，溫度設定為180°C 220°C之間；第二支擠出機用於冷卻及輸送熔融混合氣體的PS樹脂到達模頭，溫度設定為120°C 140°C之間，熔融混合氣體的PS樹脂經過模頭產生發泡材， 模頭壓力設定值可為800psi 2000psi。此實施例製作的發泡材其密度為0. 05 0. 09g/ cm3，氣泡尺寸為80 250 μ m，開孔率大於95%，可承受壓力大於lkg/cm2。實施例5本發明真空絕熱板的製作PS樹脂經過連續方式製程，以CO2為發泡氣體，得到開孔PS發泡板材(製作方法如實施例4所揭示)，再放入阻氣熱封複合膜袋(製作方法如實施例1 3所揭示)，抽真空及熱封成為真空絕熱板，真空壓力必須低於0. 75torr(Imbar)。此實施例製作的真空絕熱板其熱傳導係數為0. 006 0. 01w/m. k。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的權利要求書所界定的範圍為準。
權利要求
1.一種阻氣熱封複合膜，包括一熱封層，是由超低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線型低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、 茂金屬聚乙烯、茂金屬線型低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物或乙烯-丙烯-丁烯三聚物所構成；以及一阻氣層，包括多個複合層，形成於該熱封層上，每一所述複合層包括多層的金屬或其氧化物層形成於一高分子基材的單面或雙面上，其中該高分子基材是由單軸或雙軸延伸的聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚醯亞胺、乙烯-乙烯醇共聚物、或其組合所構成。
2.如權利要求1所述的阻氣熱封複合膜，其中所述金屬或其氧化物層是由周期表第三周期或第四周期的金屬元素或其氧化物所構成。
3.如權利要求2所述的阻氣熱封複合膜，其中所述金屬或其氧化物層為Al、Cr、Cu、Ti、 Zn、A1203、CaO> TiO2 或 ZnO0
4.如權利要求1所述的阻氣熱封複合膜，還包括至少一前導物層，形成於所述高分子基材與所述金屬或其氧化物層之間，或所述金屬或其氧化物層之間。
5.如權利要求4所述的阻氣熱封複合膜，其中所述前導物層是由聚氨酯丙烯酸酯、環氧丙烯酸酯、有機矽丙烯酸酯、或其混合物所構成。
6.如權利要求1所述的阻氣熱封複合膜，還包括一保護層，形成於所述阻氣層上。
7.如權利要求6所述的阻氣熱封複合膜，其中所述保護層是由單軸或雙軸延伸的聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚醯胺、聚萘二甲酸乙酯或聚醯亞胺所構成。
8.如權利要求6所述的阻氣熱封複合膜，還包括一接合膠，形成於所述熱封層、阻氣層與保護層之間以及所述阻氣層中的這些複合層之間。
9.如權利要求1所述的阻氣熱封複合膜，其中所述熱封層的厚度介於12 100微米。
10.如權利要求1所述的阻氣熱封複合膜，其中所述高分子基材的厚度介於12 50微米。
11.如權利要求1所述的阻氣熱封複合膜，其中所述金屬或其氧化物層的厚度介於 30 100納米。
12.如權利要求1所述的阻氣熱封複合膜，其中所述保護層的厚度介於12 50微米。
13.一種真空絕熱板，包括一發泡材，該發泡材的密度小於0. lg/cm3,開孔率大於90 %，氣泡尺寸為小於250 μ m, 可承受壓力大於lkg/cm2 ；以及一如權利要求1所述的阻氣熱封複合膜，包覆該發泡材，該阻氣複合膜的氧氣穿透率小於0. 01cc/m2day · atm，水蒸氣穿透率小於0. 01cc/m2day。
14.如權利要求13所述的真空絕熱板，其中所述發泡材是由開孔性的聚苯乙烯或聚丙烯所構成。
15.如權利要求13所述的真空絕熱板，其中所述發泡材的氣泡尺寸小於100μ m。
16.如權利要求13所述的真空絕熱板，其中所述真空絕熱板的熱傳導係數小於0.Olff/ m · k。
全文摘要
本發明提供一種阻氣熱封複合膜，包括一熱封層，是由超低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線型低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、茂金屬聚乙烯、茂金屬線型低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物或乙烯-丙烯-丁烯三聚物所構成；以及一阻氣層，包括多個複合層，形成於該熱封層上，每一複合層包括單層或多層的金屬或其氧化物層形成於一高分子基材的單面或雙面上，其中該高分子基材是由單軸或雙軸延伸的聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚醯亞胺、乙烯-乙烯醇共聚物、或其組合所構成。本發明亦提供一種包含此複合膜的真空絕熱板。
文檔編號B32B27/06GK102555369SQ2010106100
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月22日 優先權日2010年12月9日
發明者徐瑞鴻, 翁彰明, 龔丹誠 申請人:財團法人工業技術研究院