單軸向共取向熱塑性塑料薄膜、其製造方法及所構成的袋的製作方法
2023-04-24 21:34:46 1
專利名稱：單軸向共取向熱塑性塑料薄膜、其製造方法及所構成的袋的製作方法
技術領域：
本發明涉及熱塑性塑料材料的、冷拉伸取向薄膜、其製造方法及由其構成的袋子。
熱塑性塑膠袋或袋子已被廣泛地用於各種材料的包裝、運輸或儲存，這些材料包括機密文件、粉末和粒料、大體積輕質材料、以及例如乾草和青貯飼料的農業產品。根據本發明的熱塑性塑膠袋亦可普遍適用於上述這些產品。
大體積輕質材料例如玻璃纖維絕緣體和泥炭一般以壓實的方式裝在熱塑性塑膠袋子中裝船運輸。這些袋子一般稱作管形絕緣袋子或袋，而且其形式為一延長的封袋或為在填充被裝材料前將一端進行焊封的管狀物。這些袋子的絕大部分是由本領域公知的『吹塑薄膜』工藝製成的，這種工藝之所以具有這樣的普遍性是基於這樣的事實其可以快速且容易地用於生產各種不同寬度和厚度的連續管，而這種連續管可以被容易地切成一定的長度、並使一端封閉而生產出一種頂端開口的袋。
很容易理解地是，相對於可以接受的薄膜性質，薄膜的厚度(膜厚)越薄，熱塑性塑料材料的使用量越少。減少袋壁厚度一直是工業上最為努力的目標。由吹塑薄膜工藝製成管式的袋子的壁的膜厚一般在3-6mil(密耳)的範圍內，該厚度一般取決於由於內容物重量而需要的縱向抗拉強度、用於防止壓實的內容物膨脹的袋的抗拉力以及用於材料分布的抗刺穿性。生產用於製作袋子的管的膜泡直徑/膜頭直徑比一般為3∶1，以使薄膜的拉伸性能得到優化。
典型的薄膜製造工藝基本上包括將熔融的熱塑性塑料材料通過一個圓口模頭擠出以形成一個管，該模頭的模口隙距一般為0.125cm，所形成的管的一端通過一組夾/拉輥子而被封閉住。然後，空氣進入模頭中心，以將薄膜管吹制到需要的厚度和寬度，同時，提高夾輥子的速度以將薄膜的厚度拉伸到需要的厚度。對於大多數袋的製造工序，該薄膜管然後被裁切成需要的尺寸並被纏繞到兩個薄膜輥子上，然後再經縱切並被送到印刷和制袋工序。
典型地，在一種最簡單的吹塑薄膜工藝中，如上述那樣製作的薄膜管所具有的吹脹比為3∶1，以保證提供具有最後要求完成的袋的3倍厚度的非取向薄膜，而薄膜的寬度一般大約寬出10cm左右。由薄膜管切成的片材通過一縱向取向裝置，並在低於熱塑性塑料材料的熔融溫度的條件下，例如對於線型低密度聚乙烯為105攝氏度，通過位於夾輥之間的窄間隙(一般為0.125cm)被拉伸，以形成最後所要求的袋厚。這種冷拉伸薄膜然後可以通過已知的現有工藝製成袋子。
儘管上述的這種一般工藝對於薄型薄膜的生產特別是對於用於多層袋的薄膜的生產是適合的，但它基本上不適合於厚型薄膜的生產。例如，利用這種吹塑薄膜工藝，在吹脹比為3∶1的情況下，很難生產出具有厚度超過0.015cm的線型低密度聚乙烯薄膜。這是由於這種薄膜的熱熔體強度不足以支撐膜泡，而後者的下垂會導致對膜厚和寬度失去控制。
考慮到吹塑薄膜工藝可有效的製造管狀以及隨後為片狀的薄膜，有必要將這種有效性擴展到使厚型取向薄膜及由此製造的塑膠袋能夠容易的製造。
本發明的目的就是提供一種使用吹塑薄膜工藝製造厚型取向薄膜的改進的方法。
本發明的再一個目的是提供一種厚型取向薄膜。
本發明的另一個目的是提供包含厚型取向薄膜的改進的袋子。
根據本發明的一個方面，本發明提供了一種熱塑性塑料材料的、單軸向共取向薄膜。
在說明書中及權利要求書中所用的術語「熱塑性塑料」是指任何熱塑性塑料材料，只要這種材料能夠形成一種單軸向共取向薄膜、以及用於製作袋的任何厚度及強度的層和片。具體應用到的熱塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯和聚丁二烯族的聚合物。例如高密度和線型低密度聚乙烯和1，2-聚丁二烯將會提到。但是當聚氯乙烯、聚酯例如耐綸、以及聚苯乙烯在本發明的實踐中可以和其它熱塑性材料相容並能形成一體的單軸向共取向薄膜時，這些材料亦可作為熱塑性材料的例子用於本發明的具體實踐中。
術語「聚乙烯」包括乙烯均聚物和共聚物，例如醋酸乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丁烯二醇、n-己烯、4-甲基-1-戊烯和與乙烯共聚的辛烯共聚物，以及它們的混合物。
術語「共取向薄膜」、層壓薄膜或層壓片是指這樣的最終薄膜或片，其通過同時冷拉伸多層熱塑性塑料薄膜製成，這些薄膜如此的非常接近地接觸在一起，以致於在撐壓溫度下的拉伸工序的作用下，它們緊密地相接並一體地形成一個最終的單層薄膜或片。由於薄膜層中的每一層均已經經過單軸向取向處理，因此最終的薄膜構成的是一體的單軸向共取向薄膜。
在一個優選的方面，熱塑性塑料材料包含有線型低密度聚乙烯。
根據本發明的薄膜可以這樣令人滿意的製作出為了組成一種兩層結構，將已夾膜的吹塑薄膜管直接送入縱向取向裝置，而非在冷拉伸前將吹塑薄膜管縱切成片。施加到經夾膜的管上的冷拉伸操作會使兩層薄膜形成一體的結構，同時，每一層被單軸向取向，以籍此形成單軸向共取向薄膜、單層層壓片或片材。
現有技術中，換句話說，在普通轉讓給本申請人的公布日為1987年6月30日的美國專利4，677，007中教導說，在冷拉伸階段，管形薄膜的壁的過度粘連或者說內部熱焊(tacking)可以通過在配方中以常用的1%W/W的含量加入無機填料例如矽或鈣的碳化物粉末來加以克服而避免出現這種焊接。因此，在該技術中，在冷拉伸階段，管形薄膜的片之間的一體化被看作是不歡迎的。另外，該現有技術教導說，在冷拉伸之前，需要一個額外的步驟將管切成片。因此，上述現有技術顯然與本發明不相一致。
如果需要一體的、單軸向共取向的厚型薄膜，經夾膜的吹塑薄膜管應該很容易的進行摺疊以形成多層(多於兩層)的片，用於送入到冷拉伸縱向取向裝置中去。
作為另一種方案，不相似的非取向熱塑性塑料材料的多層膜狀料可以設置於單單一層單軸向共取向薄膜中。所以，例如帶有黑白染料的薄膜，非金屬化薄膜和金屬化薄膜，以及聚乙烯和耐綸薄膜可以令人滿意的被一體化。
本發明的薄膜與層壓薄膜的顯著區別在於，後者包含至少兩層不同的薄膜或片，這些層彼此直接或通過粘合劑粘合在一起。層壓製品中的這些薄膜或片是不同和彼此無聯繫的，並且經常會在隨後彼此分開的。
本發明的薄膜區別於共擠出薄膜之處在於，為了製造後者，一般的，兩層或多層薄膜，其中每一層均為吹塑薄膜管的形式，在熱的、非縱向取向的條件下，粘在一起以形成非單軸向取向薄膜。為了使共擠出薄膜具有單軸向取向，在理想的縱向使原始薄膜的長度的牽引比大約為3∶1到4∶1時，所需要的吹塑薄膜管的厚度為至少9mil，但這種薄膜在例如上所述膜泡成型方法中控制起來是很困難的。因此，包含有多層膜的共擠出薄膜並不會在隨後被冷拉伸。
熱塑性塑料的冷拉伸與熱拉伸的區別在於，在前一種工藝中，薄膜的拉伸是在熱塑性塑料材料的熔點之下進行的，同時晶粒出現了。在熱拉伸工藝中，拉伸和取向在結晶前進行。
因此，在本發明的另一個方面，本發明提供了一種製造熱塑性塑料材料的、一體的冷拉伸單軸向共取向薄膜的方法，該方法包括下列步驟同時將多層熱塑性塑料非取向薄膜送入一冷拉伸取向裝置，然後冷拉伸所述的多層非取向薄膜，其中所述薄膜在所述冷拉伸作用下彼此如此非常地靠近，從而使所述多層薄膜形成所述的一體單軸向共取向薄膜。
如上所限定的方法中，特別有利的是，該多層非取向薄膜中包含有一經夾膜處理的吹塑薄膜管的壁。
因此，本發明進一步提出了一種製造熱塑性塑料材料的、一體的冷拉伸單軸向共取向薄膜的方法，該方法包含下列步驟將熔融的熱塑性塑料材料通過一個模頭擠出以形成一擠出管;
將所述管經夾膜處理以製成一由多層非取向薄膜構成的扁平管;
將所述扁平管送入一冷拉伸取向裝置，然後沿一單方向冷拉伸所述管，其中所述多層非取向薄膜在所述冷拉伸作用下彼此如此非常地靠近，從而形成所述的一體單軸向共取向薄膜。
上述所限定的方法可有利地改變成為用於使用不相似材料所構成的吹塑薄膜製造單軸向共取向薄膜的方法。
因此，本發明進一步又提出了一種製造熱塑性塑料材料的、一體的冷拉伸單軸向共取向薄膜的方法，該方法包含下列步驟將熔融的第一熱塑性塑料材料通過一個模頭擠出以形成一第一擠出管;
將所述第一擠出管經夾膜處理以製成一第一扁平管;
將熔融的第二熱塑性塑料材料通過一個模頭擠出以形成一第二擠出管;
將所述第二擠出管經夾膜處理以製成一第二扁平管;
將至少所述第一扁平管和所述第二扁平管同時送入一冷拉伸取向裝置，然後沿一單一方向冷拉伸所述第一扁平管和第二扁平管，其中所述管在所述冷拉伸作用下彼此如此非常地靠近，從而形成所述的一體單軸向共取向薄膜。
在另外一個方面，本發明提供了一種由上述所限定的方法所製造的薄膜或由上述所限定的薄膜構成的熱塑性塑膠袋。
本發明實踐的明顯的價值為可使用多種熱塑性塑料，這些塑料可被單獨的冷拉伸以製造出單軸向取向的薄膜。本發明的進一步的價值在於可用吹塑薄膜工藝製造預冷拉伸薄膜。但是，本發明的價值還在於，可以使用由其它的方法例如通過流延、層壓或共擠出工藝生產的非取向薄膜。
根據本發明的袋子也可以用下列方法製得，這些方法分別描述在由普通方式轉讓給本申請人的公布於1986年3月18日的美國專利4，576，844，公布於1987年6月9日的美國專利4，672，684，上面描述過的4，677，007，公布於1987年7月14日的美國專利4，680，207，以及公布於1987年7月21日的美國專利4，681，781中。這些文獻的主題引用在此作為參考。
因此，上述的袋子的生產可以是這樣的，包括冷拉伸形成所需要的厚型的單軸向共取向薄膜，而且最好由薄型吹塑薄膜製得。另外，根據本發明的袋子可以製成包括不是由上述方法製得的更薄型薄膜。例如，一種現有的重載熱塑性塑料薄膜的船運用袋子(AMEX牌，ICIPLC的商標)，其2mil厚的外層包含5層共擠塑，該共擠塑包括有一層0.2mil厚的耐綸中心層，其通過0.1mil厚的粘合劑層(乙烯-丙烯酸共聚物)在每一側分別與一層0.8mil厚的線型低密度聚乙烯相粘連，這種袋子可被根據本發明的、在一個2mil厚的外層中包括0.0677mil厚的耐綸層的共取向袋子所代替，該用於代替的袋子可根據本發明，在3∶1的縱向牽引比的條件下，通過冷拉伸一個由2mil厚薄型共擠塑5層薄膜夾在二層2mil厚的線型低密度聚乙烯中而形成的夾心結構而製得。最終的2mil厚的薄膜中具有僅0.0667mil厚的耐綸層。實際上，本發明的這個實施例的實踐的最終結果是由於利用線型低密度聚乙烯層代替0.1333mil厚的耐綸層而節約了費用，並且提高了抗刺穿性。
根據本發明另外優選的袋子是一種用於傳送證件和有價值的文件的稱作「信袋」的袋子，這種袋子一般由3mil厚的熱塑性塑料薄膜構成，該薄膜包括一由2.25mil厚的高密度聚乙烯構成的外擠出層和一含鋁粉的、0.75mil厚的乙烯醋酸乙烯共聚物的內襯層，而且外擠出層因含有二氧化鈦而變成不透明的。這些構成現有信袋的薄膜是非單軸向取向的，而且為了使薄膜在3∶1/4∶1的牽引比下取向，最終的共擠出吹塑薄膜應該至少9mil厚以避免如上所述的缺陷。
但是，根據本發明，在縱向牽引比為4∶1的條件下，同時拉伸層厚為4.5mil、含二氧化鈦的高密度聚乙烯扁平管和層厚為1.5mil的金屬鋁/EVA共聚物構成的扁平管，可製得一個3mil厚的單軸向共取向一體薄膜。這種4.5mil和1.5mil厚的管可以通過吹塑薄膜工藝很容易而且令人滿意的製得。如上所述的最終冷拉伸組合薄膜具有提高的物理性能和增強的抗刺穿性。
儘管，一般可以接受的觀點是，所有的聚乙烯薄膜均能被單軸向取向到一定程度，但是，術語「單軸向取向」或「共取向」在本說明書中及權利要求書中用來涉及聚乙烯薄膜時是指該聚乙烯薄膜已經經過吹塑並被冷拉伸到至少原長的2.5倍，最好4倍，但也可到6倍。
以下將以例子的方式結合附圖對本發明的幾個實施進行詳細描述。
圖1是一個前視圖，局部剖開，示出一個根據本發明的頂端開口管形袋。
圖2是沿圖1中2-2線的剖視圖。
圖3示出了根據本發明的一個信袋的俯視示意圖。
圖4示出了圖3所示信袋的剖視示意圖。
圖5示意地示出了一個典型的經改進可接受多層熱塑性塑料薄膜的冷拉伸縱向取向裝置。
圖1和圖2示出了一個大致矩形的單層管形袋1，該袋1具有一個前壁2和一個後壁3，其均由一體的單軸向共取向薄膜構成，該薄膜是通過在縱向牽引比為3∶1的條件下，冷拉伸一由兩層2mil厚的線型低密度聚乙烯及位於它們之間的5mil厚的共擠出的5層層壓塑料構成的夾芯結構而製成的。該共取向薄膜的耐綸層的厚度僅為0.0667mil。管型袋的一端在4處熱封以形成一個4mil厚的背面接縫的單層頂開口袋子。
在另一個實施例中，利用圖5所示的改進的冷拉伸縱向取向裝置，在縱向牽引比為4∶1的條件下，將一由層厚4.5mil的含二氧化鈦高密度聚乙烯製成的一扁平吹塑管和一由層厚為1.5mil的金屬鋁/EVA共聚物構成的扁平管同時一起冷拉伸以形成一3mil厚單軸向共取向一體的薄膜。這種薄膜根據本發明可用於製作信袋100，如圖3和圖4所示。
在信袋100中，含白色二氧化鈦的聚乙烯層102作為其外層，銀色鋁/EVA共聚物作為其在「折過」或者說封閉位置處的內層104。夾袋106用於盛放需要運輸的包裹(未示)，袋子由具有熱熔性粘膠層110的矽樹脂外封條108封口。
在根據本發明並如圖3和圖4所示的信袋的一個替代實施例中，層102和104分別包含一聚丙烯/EVA共擠出層，該共擠出層均已經與一線型低密度聚乙烯進行了共取向處理。參看圖5，本發明的實踐中使用的共取向裝置由標號10示出，其包括有送料捲軸20、22和24，薄膜預熱輥26、28，慢拉伸輥30、受夾輥34作用的快拉伸輥32、冷卻輥36和儲膜軸38。箭頭示出了在生產中的各輥的轉動方向，籍此，一卷單軸向共取向薄膜40得以生產出。
在所示的實施例中，捲軸20和22分別卷有線型低密度聚乙烯薄膜卷42、44，同時，捲軸24將5層共擠出「AMEX」牌熱塑性塑料薄膜送出。
預熱輥26、28具有足夠高的溫度以在薄膜接觸該輥子26、28的相對短暫的時間內將薄膜的溫度提高到大約105攝氏度。在慢拉伸輥30和快拉伸輥32的作用下，該三層薄膜同時被冷拉伸以形成一體的單軸向共取向薄膜40。該薄膜40由輥子36冷卻並被送到捲軸38。
因此，可以看出，本發明非常容易地達到了發明的目的以及其內在的優點。儘管為了本發明的公開的目的，已經對本發明的幾個特定實施例進行了圖示和描述，但本領域的技術人員還可以在本發明的後附權利要求書所限定的範圍及精神內對各種構件的設置及結構安排作出各種各樣的變化。
權利要求
1.一種製造熱塑性塑料材料的、一體的冷拉伸單軸向共取向薄膜的方法，其特徵在於，該方法包括下列步驟同時將多層熱塑性塑料非取向薄膜送入一冷拉伸取向裝置；然後，冷拉伸所述該多層非取向薄膜，其中所述薄膜在所述冷拉伸作用下彼此如此非常地靠近，從而使所述多層薄膜形成所述的一體單軸向共取向薄膜。
2.如權利要求1所述的一種方法，其特徵在於，所述多層非取向薄膜中至少一層是由聚乙烯薄膜、耐綸、聚丙烯薄膜、流延熱塑性塑料薄膜、共擠出薄膜或層壓薄膜形成的。
3.如權利要求2所述的一種方法，其特徵在於，所述聚乙烯包括有線型低密度聚乙烯。
4.如權利要求1所述的一種方法，其特徵在於，所述多層熱塑性塑料材料的非取向薄膜中至少一層中包含有顆粒狀的金屬。
5.一種製造熱塑性塑料材料的、一體的冷拉伸單軸向共取向薄膜的方法，其特徵在於，該方法包含下列步驟將熔融的熱塑性塑料材料通過一個模頭擠出以形成一擠出管;將所述管經夾膜處理以製成出一由多層非取向薄膜構成的扁平管;將所述扁平管送入一冷拉伸取向裝置;然後，沿一單方向冷拉伸所述管，其中所述多層非取向薄膜在所述冷拉伸作用下彼此如此非常地靠近，從而形成所述的一體單軸向共取向薄膜。
6.如權利要求5所述的一種方法，其特徵在於，所述熱塑性塑料材料為從包含有聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯的組中選擇出的一種。
7.如權利要求6所述的一種方法，其特徵在於，所述聚乙烯包括線型低密度聚乙烯。
8.一種製造熱塑性塑料材料的、一體的冷拉伸單軸向共取向薄膜的方法，其特徵在於，該方法包含下列步驟將熔融的第一熱塑性塑料材料通過一個模頭擠出以形成一第一擠出管;將所述第一管經夾膜處理以製成一第一扁平管;將熔融的第二熱塑性塑料材料通過一個模頭擠出以形成一第二擠出管;將所述第二管經夾膜處理以製成一第二扁平管;將至少所述第一扁平管和所述第二扁平管同時送入一冷拉伸取向裝置，然後沿一單一方向冷拉伸所述第一扁平管和第二扁平管，其中所述管在所述冷拉伸作用下彼此如此非常地靠近，從而形成所述的一體單軸向共取向薄膜。
9.一種由上述權利要求1-8中任一所限定的方法製得的熱塑性塑料材料單軸向共取向薄膜。
全文摘要
一種熱塑性塑料材料的單軸向共取向薄膜，及製造這種薄膜的方法，該方法包括下列步驟同時將多層熱塑性塑料非取向薄膜送入一冷拉伸取向裝置；然後，冷拉伸所述該多層非取向薄膜，其中所述薄膜在所述冷拉伸作用下彼此如此非常地靠近，從而由所述多層薄膜形成所述的一體單軸向共取向薄膜。
文檔編號B32B27/32GK1092015SQ941013
公開日1994年9月14日 申請日期1994年2月17日 優先權日1993年2月19日
發明者查爾斯·羅伯遜·默裡 申請人:At塑料公司