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CN102015291A - 单轴定向的聚合物衬底膜 - Google Patents

单轴定向的聚合物衬底膜 Download PDF

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CN102015291A
CN102015291A CN2009801168473A CN200980116847A CN102015291A CN 102015291 A CN102015291 A CN 102015291A CN 2009801168473 A CN2009801168473 A CN 2009801168473A CN 200980116847 A CN200980116847 A CN 200980116847A CN 102015291 A CN102015291 A CN 102015291A
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CN
China
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film
layer
polymeric liner
uniaxial orientation
counterdie
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2009801168473A
Other languages
English (en)
Inventor
尼尔斯·托夫特
贝特朗·雅库
安德烈·希凯
吉尔·罗沙
皮埃尔·法耶
阿兰·保尼鲍尔特
沃克·卡马乔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tetra Laval Holdings and Finance SA
Original Assignee
Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tetra Laval Holdings and Finance SA filed Critical Tetra Laval Holdings and Finance SA
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Abstract

本发明涉及一种热机稳定的、热密封单轴定向的聚合物衬底膜(12)，其基本上由低密度聚乙烯组成。本发明进一步涉及这样的气相沉积涂覆衬底膜，尤其是金属化的这种膜。本发明还涉及包装层压板，其包括该气相沉积涂覆的聚合物衬底膜，以及涉及由这种包装层压板制造的包装容器。本发明进一步涉及制造该热机稳定的、可热密封的聚合物衬底膜的方法，以及涉及气相沉积涂覆该膜的方法。

Description

单轴定向的聚合物衬底膜
技术领域
本发明涉及热机稳定的，可热密封的单轴定向的聚合物衬底膜(12)，由基于低密度聚乙烯的聚合物组成。本发明进一步涉及这种气相沉积涂覆的衬底膜，尤其是金属化的这样的膜。本发明还涉及包括气相沉积涂覆的聚合物衬底膜的包装层压板，以及由这种包装层压板制造的包装容器。本发明进一步涉及用于制造热机稳定、可热密封的聚合物衬底膜的方法，以及涉及气相沉积涂覆该膜的方法。
背景技术
一次性的液体食品包装容器往往由基于纸或纸板的包装层压板制造。一种常见的这样的包装容器以商标Tetra Brik
Figure BPA00001254318400011
推向市场，并且主要用于液体食品(如牛奶、果汁等)的无菌包装，以便长时间在室温下储存。这个已知包装容器中的包装材料通常是层压板，包括纸或纸板组成的主体芯层和热塑材料组成的外部液密层。为了使得包装容器气密，特别是对氧气气密，例如为了无菌包装以及包装牛奶或果汁的目的，包装容器中的层压板一般包括至少一个额外层，大部分通常是铝箔。
在层压板的内侧上，即将要面向由层压板支撑的容器中填充的食品容纳物的那一侧，是施加在该铝箔上的最里面的层，这个最里面的内层可由一个或多个部分层组成，包括可热密封的粘结聚合物和/或聚烯烃。并且，在该芯层外侧，是最外面的可热密封聚合物层。该可热密封的聚合物层优选地基于低密度聚乙烯。
该包装容器通常利用现代的高速包装机制造，是由包装材料卷材或预先制造的坯料连续成形、填充并且密封包装件的类型，例如Tetra Brik类型的包装机。因此，通过将最里面的和最外面的可热密封的热塑聚合物层熔合在一起而将卷材的两个纵边重叠结合，使得层压的包装材料的卷材重新成形为筒，从而制造包装容器。该筒填充需要的液体食品产品，之后通过在预定的相隔距离上重复的横向密封而将筒分为单独的包装，该密封低于筒内容纳物的高度。该包装件通过沿该横向密封切割而与该筒分开，并且通过沿该包装材料中预制的折叠线折叠而被赋予所希望的几何构造，一般是平行六面体。
这个连续筒成形、填充和密封包装方法概念的主要优点是卷材可刚好在筒成形之前连续消毒，因此提供了无菌包装方法的可能，即这样的方法，其中待填充的液体容纳物与包装材料本身的细菌被减少并且填充的包装容器在干净的环境中制造，从而该填充的包装件即使在室温下也可存储很长时间，而不会有填充的产品中生长微生物的风险。Tetra
Figure BPA00001254318400022
类型包装方法的另一重要优点是，如上所述的，可以连续高速包装，这对性价比有相当大的影响。
包装层压板中的铝箔层提供比大多数聚合物阻挡材料好得多的阻挡属性。用于液体食品无菌包装的传统的基于铝箔的包装层压板究其性能水平而言是当今可以在市场上获得的性价比最好的包装材料。任何其他的想要竞争的材料必须在原材料方面有更好的性价比、具有可比的食品保存属性并且在转变为最终的包装层压板方面可比的低复杂性。
迄今，在市场上几乎没有任何比铝箔层压板性价比高的无箔包装层压板制成的、基于纸或纸板的无菌包装件，用于上述类型的长期存储，具有可靠程度的阻挡属性和超过三个月的食品保存属性。
在开发更高性价比包装材料以及最小化制造包装材料中原料用量的各种努力中，一般的方向是开发具有多种阻挡功能性的、可以替代铝箔的预先制造的膜。已知的这样的例子是包含多个层的膜，其每个对于最终的膜提供补充阻挡属性，例如，具有气相沉积阻挡层和更多涂覆在同一衬底膜上的基于聚合物的阻挡层的膜。然后，这样的膜用不同的涂覆方法涂覆至少两次，因而往往变得非常贵并且对衬底膜有非常高的要求，如耐热性和处理耐久性。
另一方面，为了优化包装层压板、该层压板和包装容器的制造，除了降低原材料消耗，还有简化包装层压板结构的动机，以减少需要的转换步骤，并且提供具有足够阻挡和食品保存属性的包装层压板。
另外，在同一膜中包含两种功能的方法，是要在膜的第一侧包含可热密封的层用以热密封膜中的包装材料和在另一侧包含阻挡层。这样的膜的一个例子可从较早递交的国际专利申请WO-A-2006/027662得知，其描述了一种聚合物膜，包括SiOx组成的气体阻挡涂层，涂覆在聚合物载层的第一侧上，还有布置在所述聚合物载层的第二侧上的聚烯烃层。其进一步描述由该膜制成的包装层压板和包装容器，其中该可热密封的聚烯烃层与其中的容纳物直接接触。还描述了制造包含SiOx气体阻挡涂层的聚合物膜的方法，该方法包括如下步骤：
a)形成聚合物载层和可热密封的聚烯烃层，并且将这些层结合在一起以形成中间膜；
b)将所述SiOx涂层直接施加到所述聚合物载层上以形成所述膜，
以及优选地，在步骤(a)之后而在步骤(b)之前，通过拉伸定向(优选地单定向)所述中间膜的中间步骤。
该聚合物载层举例为基于聚酰胺或聚酯的聚合物，优选地聚酰胺，因为其本身增加一些阻挡属性并提供良好的接收表面和热机属性，用以随后涂覆SiOx。
然而，这样的SiOX涂覆的膜更难以制造，因为该膜结合两种不同类型的聚合物，如载层膜一侧上的聚酰胺或聚酯，以及该膜另一侧上的聚乙烯，这导致张力以及膜内的层之间不相容的热行为。这对于制造工艺有很高的要求以便提供足够可靠的阻挡和完整性属性，并且总体上增加材料转换工艺中相当的复杂度，与所希望的正好相反。
发明内容
发明目的
所以，本发明的目的是提供用于气相沉积涂覆的一种热机稳定的、单轴定向的可热密封的聚合物衬底膜，以及一种包装层压板，其帮助缓解上面讨论的缺点和问题，并且实现至少一些上面的要求，优选地实现全部要求。
因而，本发明的目的是提供用于阻挡层的气相沉积涂覆的薄的、预制造的热机稳定的和可热密封的聚合物衬底膜，适合用于包装层压板/容器，该气相沉积涂覆的衬底膜结合所需的阻挡属性，如气体阻挡、水蒸气阻挡或非修整(non-scalping)阻挡属性，在该聚合物衬底膜中包含热密封层，高强度，涂覆或层压该膜中的改进的流动性，以及更低的成本。
包括气相沉积涂覆的可热密封的聚合物衬底膜的包装层压板应当优选地适合无菌包装和长期储存，并且具有足够的弯曲刚度以适于利用连续筒成形方法进行液体食品的连续高速包装。
本发明也指向填充有固体、半固体或液体食品或饮料并且由该包括可热密封的聚合物衬底膜的包装层压板制造的包装容器。
这些和其他目的借助用于阻挡层的气相沉积涂覆的热机稳定的、可热密封的聚合物衬底膜、该包装层压板和应用所述膜的包装容器来实现，还借助制造按照本发明的气相沉积涂覆的、热机稳定的、可热密封的聚合物衬底膜的方法来实现，如所附权利要求中限定的。
因而，本发明提供热机稳定的，可热密封的，单轴定向的聚合物衬底膜，其基本上由基于低密度聚乙烯的聚合物组成，其中该聚合物衬底膜的厚度为20μm或更少，优选地15μm或更少，基于ASTMD 1204在80℃测量温度下该膜收缩属性为15％或更少，优选地12％或更少，以及其杨氏模数从250至800MPa，优选地从300至500MPA，更优选地从300至400MPa。该聚合物衬底膜基本上由低密度聚乙烯类组成，这意味着该膜芯中只包含少量的其他聚合物，即少于20wt％的其他聚合物，如高或中密度聚乙烯类(分别为HDPE或MDPE)或聚丙烯，优选地少于10wt％，更优选地少于5wt％的其他聚合物。最优选地，该聚合物衬底膜仅由低密度聚乙烯类组成。
优选地，所述衬底膜的单定向层的总厚度从10至20μm，优选地从12至18μm，更优选地从14至16μm。
在下文中应该理解对于该多层膜的各层给出的厚度是在拉伸该中间、层压的多层膜之后获得的厚度。
优选地，该可热密封的聚合物衬底膜包括至少一层下面组中的材料，该组由线性低密度聚乙烯(LLDPE)，或茂金属聚合LLDPE组成，根据该聚合物衬底膜的总重量结合多至25(优选地多至20)wt％的传统低密度聚乙烯(LDPE)。
优选地，该聚合物衬底膜是由多层(优选地多至7层，更优选地多至5层)相同基础低密度聚乙烯材料组成的膜，该多个层每个在同样的方向单定向同样程度。这里，应当理解例如所有等级的低密度聚乙烯材料，包括例如茂金属聚乙烯(M-LLDPE)、低密度基于聚乙烯的共聚物以及低密度(LDPE)、线性低密度(LLDPE)等，可以考虑作为该相同基础低密度聚乙烯材料的材料。
LDPE和LLDPE通常认为是良好的可热密封的材料，LLDPE可热密封性比LDPE更好。然而，这些聚合物中没有一个已知以膜形式热机稳定，即能够承受如来自包含将热量施加到衬底膜材料的涂覆或层压工艺的热张力或热负荷。因为这些材料对于用于衬底膜通常太软并且不稳定，所以需要更大的厚度，这当然增加成本。通过拉伸低密度聚乙烯类的这样的膜，可以将用于该膜的材料的量保持较低，并且可以提高该膜的刚度和处理属性。
优选地，该聚合物衬底膜拉伸率为2-7，优选地2-4，更优选地2-3，以及，优选地，那么该聚合物衬底膜获得的断裂伸长率小于400％，优选地小于300％，更优选地小于200％。
因此，杨氏模数在取向率2时在大约250-300MPa变化，而在的大约6-7的取向率高达700-800MPa。当取向率增加到从2至7时，断裂伸长率从大约400％减少到小于100％。
通常，杨氏模数随着取向率增加而增加，而该断裂伸长率随着该取向率增加而减少。已经开发出取向率大约3的膜，得到能够在由最内侧包括该膜的包装层压板制造的包装容器提供良好弹性、强度和整体性的膜。使用其他类型和等级的低密度聚乙烯类时，更高的取向率是优选的。然而，通常，确信在过低的断裂伸长率和过高的杨氏模数下，该膜的刚性和强度属性将负面影响由该包装层压板制得的包装容器的整体性和可开性(openability)。包装件整体性意思是，层压板中多个不同的层保持完整以及彼此粘性接触的能力，还有该包装容器保持完整、没有泄露的能力，当遇到环境或者机械张力时，如长期储存、运输和不同的气候条件。例如包装容器的密封质量对于包装整体性是非常重要的。
按照本发明的热机稳定的聚合物衬底膜特别适于在该膜的一侧气相沉积涂覆。
按照一个优选实施方式，该气相沉积层是薄的金属或金属氧化物层，尤其是金属化层。优选地，其是气相沉积的铝或氧化铝层。
优选地，该金属化层的光学密度(OD)从1.8至3.0，优选地从2.0至2.7，更优选地从2.2至2.6。光学密度小于1.8时，该金属化膜的阻挡属性过低。而另一方面，高于3.0时，该金属化层变得太易碎，且该金属化工艺过程中的热稳定性由于在较长的时间内金属化该衬底膜时的更高的热负荷而变得太低。那么该涂覆质量和粘结性将无疑会受到负面影响。因此，在这些值之中已经找到了最佳值，优选地在2.0和2.7之间。
通常，步骤(d)中将该阻挡层气相沉积涂覆在该聚合物衬底膜上凭借连续的物理或者化学气相沉积方法。多种不同的陶瓷或金属成分的涂层可利用这类方法来施加。通常，这种气相沉积的涂层的厚度可在5和200nm之间变化。低于5nm，阻挡属性太低而不能用，但是高于200nm，涂层柔性较差，从而当施加到柔性衬底时更容易破裂。
由包括金属或金属氧化物的薄涂层组成的金属化层(或陶瓷层)优选地通过真空沉积的方式施加，但是也可以退而求其次通过本领域常用的其他具有较低生产率的方法来施加，如电镀或溅射。按照本发明，最优选的金属是铝，但是按照本发明，也可以使用其他任何能够真空沉积、电镀或者溅射的金属。因此，不大推荐的以及不太常见的金属，如Au、Ag、Cr、Zn、Ti或Cu也是可能的。通常，纯金属或金属和金属氧化物的混合物的薄涂层提供对水蒸气的阻挡属性，并且当所需功能是要防止水蒸气进入或者渗透该多层膜或包装层压板时使用。最优选地，金属化涂层中的金属是铝(Al)。
适于用作按照本发明的功能涂层的陶瓷涂层的优选例子是在分子式中还包含碳的SiOx涂层，以及AlOx涂层、MgOx涂层也是可以的。这种涂层为所涂覆的多层膜提供气体阻挡属性，以及一定程度的水蒸气阻挡属性，并且是透明的涂层，这在有些情况下可能是优选的。
一种优选的涂层是分子式为AlOx的氧化铝的涂层，其中x从1.0至1.5变化，优选地是Al2O3。优选地，这种涂层的厚度从5至100nm，优选地从5至30nm。
优选地，这些陶瓷涂层借助物理气相沉积(PVD)或反应性蒸汽沉积来施加，或通过等离子增强化学气相沉积方法(PECVD)来施加，其中金属或硅蒸汽在氧化环境下沉积在该衬底上，因此形成无定形金属氧化物或氧化硅层。
其他优选的基于氧化硅的涂层是SiOxCy和SiOxCyN2涂层。这样的涂层往往提供良好的气体阻挡属性，在有些情况下还提供水蒸气阻挡属性。
或者，按照本发明，该气相沉积涂层可以是有机气相沉积的阻挡层，如气相沉积涂覆的薄的碳基层。这种碳基层可借助等离子涂覆工艺来涂覆，产生碳氢聚合物涂层，称作无定形碳或类钻石碳(DLC)涂层。
按照本发明的气相沉积涂覆的聚合物衬底膜的一个优选实施方式，该聚合物衬底膜具有朝向该气相沉积涂覆的层的薄接收层(13)，该接收层优选地包括基于聚乙烯的粘结聚合物，通过利用单体接枝或共聚改性，该单体包括选自由丙烯酸基团、甲基丙烯酸基团或马来酸酐基团组成的组的功能基团，更优选地是乙烯-丙烯酸共聚合物(EAA)或乙烯-甲基丙烯酸共聚合物(EMAA)，以及该接触层在与该聚合物衬底膜的其他层相同的方向单定向至同样的程度。这种接收层相当大地提高施加到该聚合物衬底膜的气相沉积的(尤其是金属化的)层的粘性和内聚度。需要该金属化层与该衬底膜的高粘结性以便在将更多的层热挤层压到包装层压板中的过程中保持完整性以及不受影响，还为了在由该包装层压板制造的最终包装容器中提供足够的完整性属性。
该接收层的厚度从大约0.5至5，优选地从1至3μm。
为了给按照本发明的气相沉积涂覆的(尤其是金属化的)膜制造的包装容器提供足够的整体性，该气相沉积涂覆的层的粘性至少200，优选地至少300N/m(按照金属化层粘性的AIMCAL测试方法)。
足够的粘性部分通过表面处理工艺中离子轰击获得，以便在气相沉积(尤其是金属化)涂覆之前活化该表面。可能的这种表面活化处理是电晕和等离子处理。等离子表面处理是优选的，因为其可以与金属化工艺一起执行，而且因为其为随后的气相沉积涂覆提供出色的表面属性。关于表皮接收层聚合物和气相沉积涂层类型的一些组合，利用火焰的均匀表面处理是优选的。
优选地，按照本发明的金属化膜在1atmO2，23℃，50％RH的条件下的氧气传输速率小于100cm3(m2*24h)，水蒸气渗透率在38(和23)℃，24小时，从0至90％RH的梯度下小于5g/m2，优选地小于1g/m2。
在Mocon 2/20中，20％氧气和修正因数5修正至100％氧气的情况下测试氧气传输。为了确定水蒸气阻挡，使用基于ASTMF-1249-06的方法，利用模块化的红外传感器用于相对湿度检测和WVTR测量。
因此，该热机稳定的聚合物衬底膜是单定向膜，该气相沉积涂覆的层施加在该膜上，即该膜由可热密封的低密度乙烯基聚合物组成。正如下面将进一步描述的，这可通过该膜的单轴延伸实现，从而在将该气相沉积的层施加到该膜上之前减少其厚度。已经发现定向的聚合物膜，尤其是单定向的聚合物膜，与非定向的聚合物膜相比，具有更低的断裂伸长率和更高的杨氏模数。更低的断裂伸长率和更高的杨氏模数可提高发热涂覆或层压方法中的流动性，这是由于膜更加稳定，尤其更热稳定。
当制造本发明的多层膜时，本发明克服的问题是当以高拉伸率拉伸非常薄的膜时，该膜卷材容易断裂。传统的单轴拉伸设备通常包括一个装置，仅采用一对(或只有几个)非常大的辊子用于整个拉伸操作。当试图克服上面提到的困难时，发现更多数量的较小辊子(如至少10个辊子，优选地至少15个辊子)提供更灵活的定向和松弛操作，可以在这些辊子上方平滑地拉伸，从而降低卷材断裂的风险。这种利用多个惰性辊子的定向也由于更大数量的定向间隙而可以获得更高的定向工艺速度。
通常，单定向的膜相比非单定向膜的好处在于增加的热稳定性以及机器方向的刚性，同时在横向更易弯曲，这在将气相沉积涂层施加到该衬底膜上的涂覆操作中、在将该单轴定向的聚合物膜层压到包装层压板的进一步方法中以及由包括该多层膜的包装层压板形成包装容器中是有好处的。这可用较低的断裂伸长率和更高的杨氏模数来表述。
适当地，该最里面的可热密封的基于LDPE的层或分层可在该膜/层压板要面向待由该层压板形成的包装容器内部的表面上包括茂金属催化的LLDPE。
可选地，该衬底膜的多层可通过该聚合物衬底层的分层之间的粘结层彼此粘合，这个粘结层在与该可热密封的衬底膜其余部分相同方向单定向。那么所述粘结层优选地由基于低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯的聚合物组成，其通过接枝或者共聚改性，并且厚度为0.5至2μm。
粘结层的例子是基于LDPE或LLDPE共聚物的聚合物，或者优选地，与包含羧基的或环氧丙基的功能基团的单体的接枝共聚物，如丙烯酸单体或马来酸酐(MAH)单体，例如乙烯丙烯酸共聚物(EAA)或乙烯甲基丙烯酸共聚物(EMAA)，乙烯-环氧丙基(甲)丙烯酸盐共聚物(EG(M)A)或MAH-接枝聚乙烯(MAH-g-PE)。
本发明还涉及包括按照本发明的膜的包装层压板。该包装层压板进一步包括纸或纸板主体层，布置为为该层压板的弯曲刚性提供最大的贡献。然而，该层压板的主体或芯层是聚烯烃主体层也是可以的，例如由聚乙烯、聚丙烯或乙烯共聚物制成，如，乙烯-丙烯，乙烯-丁烯，乙烯-己烯，乙烯-烷基(甲)-丙烯酸酯或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。用于这种聚烯烃芯层的材料的选择可考虑到透明的包装层压板，以在用于食品的透明小袋中使用。
意图是该预制造膜的可热密封的聚烯烃层形成该包装层压板的游离表面，该表面要用于与食品接触，因为其直接面向由该包装层压板形成的、待填充食品产品的包装容器的内部。然而，可以设想，但不是优选的，一个或多个额外的可热密封的层施加到该膜与该膜一起合并在该包装层压板中，这种情况下该容器内侧最外面的额外可热密封的层是直接用于食品产品。
此外，该包装层压板包括一个或多个外部可热密封的聚烯烃层，布置在该主体或芯层的相对侧面。这种外部可热密封的聚烯烃层将直接面对该包装容器的周围环境。
按照本发明的包装层压板形成的包装容器可以是任何已知的形状。优选地，是砖形或楔形容器，其在运输和分发中耐久并且在长期存储过程中耐潮气和氧气，由于是高质量的包装层压板，其转而还提供高密封质量和出色的气体阻挡属性。由按照本发明的包装层压板制造的包装容器进一步重要的优点是耐微波加热或者融化。或者，包装容器可以是枕形纤维袋，如已知商标为Tetra
Figure BPA00001254318400121
的包装容器。
一种制造热机稳定的、可热密封的、单轴定向的聚合物衬底膜的方法包括如下步骤：
a)通过挤压制造方法由一个或多个基本上由基于低密度聚乙烯的聚合物组成的层形成聚合物衬底膜，优选地包括75至100wt％的线性低密度聚乙烯(LLDPE)，
b)单轴延伸该聚合物衬底膜至2-7的比率，优选地2-4，以及厚度低于20μm，优选地低于15μm。
一种制造包括气相沉积涂覆的层的气相沉积涂覆的热机稳定的单轴定向的膜和可热密封的聚合物衬底膜的方法包括如下步骤：
a)利用挤压制造方法由基于低密度聚乙烯的聚合物组成的一个或多个层形成聚合物衬底膜，
b)单轴定向该聚合物衬底膜至2-7的比率，优选地2-4，以及厚度低于20μm，优选地低于15μm，
c)表面处理该聚合物衬底膜的第一侧，以及随后，
d)将无机或有机化合物形成的阻挡层气相沉积在该膜的第一侧上，该侧已经经过所述表面处理。
按照本发明的方法的一个方面，利用挤压膜铸造或挤压膜吹制方法在步骤(a)形成所述聚合物衬底膜，或在该聚合物衬底膜中有多层的情况下，利用共挤压铸造或共挤压吹制制造方法。
优选地，通过所述拉伸，该膜厚度减小50至85％，优选地减小55-70％。另一种表述这个的方式是在优选实施方式中，该膜厚度优选地从35-40μm减小到10-20μm，更优选地从36-38减小到12-16μm。然而，本发明不限于这些厚度，而是其他范围也是可以的。限定该拉伸的又一方式是通过所述拉伸，该膜的断裂伸长率从通常高于500％减小到小于400％，优选地小于300％，更优选地小于200％，或者该膜的杨氏模数通过所述拉伸增加到250至800MPa的值，优选地从300至500MPa，更优选地从300至400MPa。该杨氏模数的增加提高了气相沉积涂覆在该聚合物衬底膜上或将该涂覆的膜层压在包装层压板中的步骤中的流动性。
优选地，单轴定向该聚合物衬底膜的步骤通过组合的拉伸和松缓方法执行，该方法包含超过10个(优选地超过15个)定向辊隙，其中第一和最后一个辊子包括驱动辊子，而其间的辊子是非驱动的惰辊。通过这个方法，在多个空转的拉伸辊子的帮助下，拉伸和松缓在该工艺过程中该膜内的张力允许和需要的地方发生，而不会弄破该卷材。通过这个方法，定向工艺的速度可增加以进一步增加该单定向的膜衬底的性价比。
因此，为了操作本发明的目的，使用用于单轴定向本发明的聚合物卷材的设备，该设备包括接收和拉伸聚合物卷材的路径，所述路径由形成调节未拉伸的聚合物卷材的前进速度的辊隙的第一对驱动辊子；形成蜿蜒路径的一系列至少10个卷材拉伸辊子和形成调节拉伸后的卷材前进速率的辊隙的第二对驱动辊子。提供驱动至少第二对辊子以比所述第一对辊子提供的前进速度更大的速度将所述聚合物卷材移动通过该设备的装置。该中间拉伸辊子是非驱动的，即它们没有调节在一定的速度运行，而是允许空转，即自适应其余拉伸操作的速度。
优选地，该惰性、非驱动辊子具有较小的在5和20cm之间的直径，取决于该辊子的材料和质量。这样较小的直径是优选的以避免辊子具有过高的移动惯性，但是仍然应当足够大以允许适当的热传递。
优选地，以及特别地，当使用用于接触该气相沉积涂层的聚合物粘性接收层时，这些单轴定向辊子提供有非粘性涂层，用于提高单轴定向步骤b)过程中的定向和松缓。辊子的这种非粘性涂层必须耐热和耐磨，以便经受单轴定向工艺条件。并且，通常这种涂覆的辊子增加基于低密度聚乙烯的膜在单定向步骤中的加工性能。
附图说明
本发明更多的优点和有利的区别特征从下面参照附图的详细描述中将显而易见，其中：
图1a是按照本发明的优选的热机稳定的、可热密封的聚合物衬底膜的剖视图，
图1b是按照本发明气相沉积涂覆的聚合物衬底膜的剖视图，
图2a是按照本发明的层压包装材料的剖视图，包含如结合图1b所述的按照本发明的气相沉积涂覆的可热密封的聚合物膜，
图2b示出图2a中示例的包装层压板如何按照本发明制造，
图3是共同挤压吹制和拉伸中间膜的设施的示意图，
图4是图1a制造的该聚合物衬底膜形成的金属或金属氧化物涂层的设施的示意图。
图5a示出由按照本发明的包装层压板制造的包装容器的例子，
图5b示出按照本发明的包装层压板制造的包装容器的第二个例子，以及
图6示出如何由该包装层压板在连续的成形、填充和密封工艺中制造这种包装容器的原理。
具体实施方式
图1a示出热机稳定的，可热密封的聚合物衬底膜10a，由可热密封的基于低密度聚乙烯的一个或多个层12(由密度0.915至0.925的LLDPE组成)和涂覆接收层13(具有阻挡层11(尤其是铝金属化层)功能的薄气相沉积层将要涂覆在该接收层上)组成。该聚合物衬底膜10a的总厚度是大约15μm和该接收层的厚度是大约2μm。该膜具有小于15％的收缩，优选地小于12％的收缩，杨氏模数大约300MPa。
图1b示出气相沉积涂覆的热机稳定的和可热密封的膜10b，其通过将铝金属涂层气相沉积涂覆在图1a的聚合物衬底膜的接收层13上获得。该铝金属化层11光学密度从大约2.0至大约2.7。
图2a示出包装层压板20a，包括图1b所述的气相沉积涂覆的膜10b，凭借至少一个中间粘合层24层压到主体纸或纸板层21a。该中间粘合层优选地是热塑聚合物挤压层压层，并可包括一个或多个额外的层如例如热塑聚合物阻挡层。该层然后可在将该膜10b和该纸板层21a层压在一起的步骤中共挤(co-extruded)在一起。或者，可以有在层压到该可热密封的阻挡膜10b之前涂覆或者预先层压在该纸板上的阻挡层。
该层压板中最厚的层是主体纸或纸板层21a。适合于基于纸盒的液体包装的任何纸或纸板可用于该主体层21a。应当注意到图2a中的层压板层并没有反映出该气相沉积膜10b的厚度比该纸主体层21a明显薄，或者至少与之一样薄的特征。
在该纸或纸板层15的外侧，其将作为由该包装层压板制造的包装容器的外壁，施加可热密封的聚烯烃的最外面层26，优选地低密度聚乙烯(LDPE)或线性低密度聚乙烯(LLDPE)，其可包括称作茂金属催化的LLDPE(m-LLDPE)，即借助单点催化剂催化的LLDPE聚合物。
应当理解图2a示出的包装层压板应当只看作示例，通过该示例本领域技术人员可以毫无疑问地推导出多种其他实施方式。甚至是，该包装层压板可包括两个按照本发明的气相沉积涂覆的膜，在该主体或芯层21a的每侧一个，尽管没有必要绝对相同。
按照本发明的包装层压板20a可根据本领域技术人员熟知的任何合适的现有技术原理制造。然而，优选地，参照图2a所示的层压板，该粘结层24可在该纸或纸板主体层21a和该预制造的金属化膜10b之间挤压进层压机辊隙。该金属化层优选地在层压到该纸或纸板主体层之前通过火焰、等离子或电晕处理来处理。最终，该热稳定的聚烯烃的最外面的层26挤压在该纸或纸板主体层21a上。
图2b中，示出层压工艺20b，其中该纸或纸板层21b通过挤压LDPE中间粘合层24从挤压工作台24a层压到气相沉积的衬底聚合物膜23，该膜在面朝该纸层的侧面具有薄气相沉积的涂层23a，并在辊隙25中压在一起。在金属化气相沉积涂覆的情况下，该衬底膜或该接收层的接触表面在将这些层在该辊隙中压在一起之前通过表面处理(未示)进行预处理。随后，该层压的纸和膜通过第二挤压器27和层压辊隙28，其中LDPE26形成的最外面的可热密封的层涂覆在该纸层的外侧。最后，最终的包装层压板29缠绕在存储卷轴上，未示。
图3是用于中间膜(共同)挤压吹制的设施的示意图，即通过金属或无机金属化合物气相沉积涂覆之前的该衬底聚合物膜。一个或多个衬底聚合物膜的层受到该挤压器30和吹制器32的(共同)挤压(co-extrusion)，以形成具有相对大厚度的膜34。然后，该膜34在热的同时在至少10个非驱动惰辊之间经受单轴定向36，从而该膜厚度减少34a，而该衬底聚合物膜由于比非拉伸聚合物膜相对高程度的结晶度变成单定向的并且获得一定程度的刚度。那么得到的中间膜在取向步骤的结束、在缠绕到辊子38之前进行热稳定化。该组辊子的温度分布为拉伸该膜的特定结构而优化以避免该卷材的卷曲和破裂。通常，拉伸温度应当保持至少低于比待拉伸的聚合物的熔化温度一定度数。在拉伸和松缓步骤的结束需要充分冷却以便热稳定化该膜，以便后续进一步处理、涂覆和层压成功进行。该膜34在其离开该挤压吹制器32时具有筒的形式，并且可以在拉伸之前打开/切开。如果需要，可在这种情况下使用两个平行的拉伸器36。还可以脱开该膜吹制器执行定向操作。
形成该中间非定向膜的其他方法，如共同挤压铸造，对于本领域技术人员是显而易见的。
图4是图3制造的该中间膜的气相沉积涂覆的设施的例子的示意图。图3的拉伸的膜34a在该涂覆接收侧经受连续的铝(也可以是与氧化铝的混合物)金属化层的气相沉积40，并且该涂层给定的厚度是5-100nm，优选地5-50nm，从而形成本发明的涂覆的膜10b。该铝蒸汽来自固体碎块蒸汽源41。
图5a示出按照本发明的包装层压板10a制得的包装容器50的优选示例。该包装容器特别适用于饮料、调味料、汤等。通常，这种包装容积大约100至1000ml。其可以是任何形式，但是优选地是砖形，具有分别纵向和横向密封51和52，以及可选的开口装置53。在另一实施方式中，未示，该包装容器成形为楔形。为了获得这样的“楔形”，只有该包装的底部部分折叠成形，从而底部的横向热密封隐藏在三角形角翼下，其折叠并对着该包装件底部进行密封。该顶部区域横向密封留下不折叠。这样，半折叠的包装容器在放到食品储存的架子上或者桌子等上时仍容易搬运并且尺寸稳定。
图5b示出按照本发明的包装层压板10b制造的包装容器50b的替代的优选示例。由于该包装层压板10b通过具有更薄的纸芯层而变得更薄，因此其尺寸稳定程度不足以形成平行六面体或楔形包装容器，并且不能在横向密封52b之后折叠成形。因此，其将保持为枕形带状容器，并且以这种形状分发和销售。
图6示出该发明的介绍中描述的原理，即包装材料卷材通过该卷材的纵边62、62′在重叠的连接处63结合在一起而形成筒61。向该筒填充64需要的液体食品产品，并且通过该筒预定的相隔距离上重复的横向密封65而分为单独的包装，该密封低于筒内填充的容纳物的高度。该包装件66通过沿该横向密封切割而分开，并且沿该材料预制的折叠线折叠而赋予希望的几何构造。
通过总结应当发现，上面具体参照附图描述的本发明，不限于专门作为示例描述和示出的这些实施方式，以及对于本领域技术人员来说显而易见的也是可以的，并不背离所附权利要求公开的创新性概念。

Claims (30)

1.一种热机稳定的、可热密封的、单轴定向的聚合物衬底膜(12)，其基本上由低密度聚乙烯类的聚合物组成，其特征在于，聚合物衬底膜厚度为20μm或更低，优选地15μm或更低，该膜基于ASTMD1204在80C测量温度下收缩属性为15％或更低，优选地12％或更低，以及该膜杨氏模数从250到800MPa，优选地从300到500MPA，更优选地从300到400MPa。
2.根据权利要求1所述的热机单轴定向的膜，其特征在于聚合物衬底膜(12)基本上由基于低密度聚乙烯(LDPE)的聚合物组成，该聚乙烯包括75到100重量份，优选地80到100重量份的线性低密度聚乙烯(LLDPE)。
3.根据权利要求1或2任一项所述的热机单轴定向的膜，其特征在于聚合物衬底膜(12)是多层膜，优选地为7层，更优选为5层，该多个层每个在同一方向单向拉伸同样程度。
4.根据前述任一权利要求所述的热机单轴定向的膜，其特征在于聚合物衬底膜(1b)拉伸至2-7，优选地2-4，更优选地2-3的比率。
5.根据前述任一权利要求所述的热机单轴定向的膜，其特征在于断裂伸长率小于400％，优选地小于300％，更优选地小于200％。
6.一种由根据前述任一权利要求所述的聚合物衬底膜(12)组成的热机单轴定向的膜(10)，具有涂覆在该衬底膜的第一侧上的气相沉积层(11)。
7.根据权利要求6所述的热机单轴定向的膜(10)，其特征在于该气相沉积涂覆的层(11)是金属化层。
8.根据权利要求6或7所述的热机单轴定向的膜(10)，其特征在于该气相沉积涂覆的层(11)是气相沉积的铝或氧化铝组成的层。
9.根据权利要求7所述的金属化热机单轴定向的膜(10)，其特征在于该金属化层光学密度(OD)从1.8至3.0，优选地从2.0至2.7，更优选地从2.2至2.6。
10.根据权利要求6-9任一项所述的热机单轴定向的膜(10)，其特征在于该聚合物衬底膜具有朝向该气相沉积涂覆的层的接收层(13)，该接收层在与该聚合物衬底膜的任何其他层相同的方向单轴定向到相同的程度。
11.根据权利要求6-10任一项所述的热机单轴定向的膜(10)，其特征在于该接收层包括利用单体的接枝或共聚改性的基于聚乙烯的粘性聚合物，该单体包括选自丙烯酸基团、甲基丙烯酸基团或马来酸酐基团的功能基团，优选地乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)或乙烯-甲基丙烯酸共聚物(EMAA)。
12.根据权利要求6-11任一项所述的热机单轴定向的膜(10)，其特征在于该气相沉积涂覆的层(11)粘度至少200N/m，优选地至少300N/m。
13.根据权利要求7所述的金属化热机单轴定向的膜(10)，其特征在于其在1atmO2，23℃，50％RH的情况下的氧气传输速率小于100cm3(m2*24h)。
14.根据权利要求7所述的金属化热机单轴定向的膜(10)，其特征在于其在38和23C，24小时，从0到90％RH的梯度情况下的水蒸气渗透速率小于5，优选地小于1g/m2。
15.根据权利要求6所述的热机单轴定向的膜(10)，其特征在于该气相沉积涂覆的层(11)是碳基层。
16.一种包装层压板(10)，包括根据权利要求1-15任一项所述的单轴定向的膜(10)。
17.根据权利要求16所述的包装层压板，其特征在于其还包括纸或纸板芯层(20)。
18.根据权利要求16或17所述的包装层压板，其特征在于所述可热密封的聚合物衬底膜(12)形成该包装层压板(10)的表面，该表面将形成由所述包装层压板制成的包装件的内表面。
19.一种由根据权利要求16-18任一项所述的包装层压板(10)形成的包装容器(30)。
20.一种制造热机稳定的、可热密封的、单轴定向的聚合物衬底膜(12)的方法，该方法包括如下步骤：
a)通过挤压制造方法(30，32)由基本上由基于低密度聚乙烯的聚合物组成的一个或多个层，形成聚合物衬底膜(34)，优选地包括从75到100wt％的线性低密度聚乙烯(LLDPE)，
b)单轴拉伸(36)该聚合物衬底膜至2-7的比率，优选地2-4的比率，以及至厚度低于20μm，优选地低于15μm。
21.一种制造气相沉积涂覆的、热机稳定的、单轴定向的膜(10)的方法，该膜包括气相沉积涂覆的层(11)和可热密封的聚合物衬底膜(12)，该方法包括如下步骤：
a)通过挤压制造方法(30，32)由基本上由基于低密度聚乙烯的聚合物组成的一个或多个层形成聚合物衬底膜(34)，优选地包括从75到100wt％的线性低密度聚乙烯(LLDPE)，
b)单轴拉伸(36)该聚合物衬底膜至2-7的比率，优选地2-4的比率，以及至厚度低于20μm，优选地低于15μm，
c)表面处理该聚合物衬底膜的第一侧，以及随后，
d)将无机或有机化合物形成的阻挡层气相沉积(40)在该膜的第一侧上，该侧已经受所述表面处理。
22.根据权利要求20或21任一项所述的方法，其特征在于该聚合物衬底膜(12)的厚度通过所述拉伸(36)减少多至75％，优选地减少55-70％。
23.根据权利要求20-22任一项所述的方法，其特征在于该聚合物衬底膜(12)的断裂伸长率通过所述拉伸(36)减小至小于400％，优选地小于300％，更优选地小于200％。
24.根据权利要求20-23任一项所述的方法，其特征在于该聚合物衬底膜(12)的杨氏模数通过所述拉伸(36)增加到250到800的值，优选地从300到500，更优选地从300到400MPa。
25.根据权利要求20-24任一项所述的方法，其特征在于单轴拉伸(36)该聚合物衬底膜的步骤借助组合的拉伸和松缓方法执行，该方法涉及超过10个，优选地超过15个定向辊隙，第一和最后一个辊隙包括驱动辊子，而中间的辊子是非驱动的惰辊。
26.根据权利要求20-25任一项所述的方法，其特征在于该气相沉积涂覆的层是金属化层。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于该金属化层气相沉积至光学密度(OD)从1.8至3.0，优选地从2.0至2.7，更优选地从2.2至2.6。
28.根据权利要求20-27任一项所述的方法，其特征在于该聚合物衬底膜具有朝向该气相沉积涂覆的层(11)的接收层(13)，该接收层优选地包括基于聚乙烯的粘性聚合物，其通过具有选自丙烯酸基团、甲基丙烯酸基团或马来酸酐基团、更优选地乙烯-丙烯酸共聚物的功能基团而改性，该接收层在与该聚合物衬底膜的其他层相同的方向单定向到相同的程度。
29.根据权利要求20-28任一项所述的方法，其特征在于该聚合物衬底膜(12)或该接收层(13)的第一侧是通过等离子表面处理处理的表面。
30.根据权利要求28或29任一项所述的方法，其特征在于在单轴定向步骤中用在该聚合物衬底膜(12-13)的该接收层(13)侧上的辊子提供有非粘结涂层，用以在该单轴定向步骤b)中改进取向和松缓。
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