CN104114360A - 抗撕裂层叠结构 - Google Patents
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Abstract
一种层叠结构，包括：基材；单层定向的聚乙烯膜，其具有范围在大约1～大约4密耳的截面厚度；和连结层，其定位在所述基材与所述聚乙烯膜之间，其中，所述层叠结构具有机器方向，并且在失效之前吸收至少1.5英寸-磅力的能量并在失效之前延展至少15%，这是使用以2英寸的初始钳口分离度修改后的格雷夫斯撕裂测试相对于所述机器方向以任何角度测得的。
Description
相关申请的引用
本申请要求2012年2月21日提交的美国申请No.13/400,919的优先权的权益，其通过引用整体并入本文。
技术领域
本申请涉及包装材料，并且更特别地涉及基于纸板的层叠结构，并且进一步更特别地涉及基于纸板的抗撕裂层叠结构。
背景技术
各种消费者产品现在通常是使用抗撕裂包装材料来包装。作为一个示例，由抗撕裂包装材料形成的大型超尺寸容器被用于防止相对较高价格的消费者产品比如电子装置和香水等失窃。作为另一示例，抗撕裂包装材料被用于致使医药产品比如单位剂量医药品不能被儿童开启。
不幸地，一旦在包装材料中形成了初始撕裂点后，典型的抗撕裂包装材料可能变得显著地更易于传播撕裂。虽然一些包装容器比如蛤壳式容器可以被构造成没有初始撕裂点，但是另一些包装容器比如箱和盒由模切坯料形成，其可以固有地包括初始撕裂点。例如，箱坯可以包括初始撕裂点，其定位在主和次端部摇盖与本体面板连接之处。因此，形成有初始撕裂点的包装容器通常需要具有更大程度的抗撕裂性的包装材料。
当制造包装材料时，成本是一个显著关注点。向包装材料添加用以提高抗撕裂性的每个附加部件或层也增加总体制造成本。随着制造成本增加，被包装产品的最终成本也将增加。
相应地，本领域的技术人员在抗撕裂包装材料的领域中继续进行研发努力。
发明内容
在一个方面，所公开的抗撕裂层叠结构可以包括：基材；单层定向的聚乙烯膜，其具有范围在大约1～大约4密耳的截面厚度；和连结层，其定位在所述基材与所述聚乙烯膜之间，其中，所述层叠结构具有机器方向，并且在失效之前吸收至少1.5英寸-磅力(inch-lbforce)的能量并在失效之前延展至少15%，这是使用以2英寸的初始钳口分离度(jaw separation)修改后的格雷夫斯撕裂测试相对于所述机器方向以任何角度测得的。
在另一方面，所公开的抗撕裂层叠结构可以包括：纸板基材；定向聚乙烯膜，其条件是所述膜不是交叉层叠膜；和连结层，其定位在所述纸板基材与所述聚乙烯膜之间，其中，所述层叠结构具有机器方向，并且在失效之前吸收至少1.5英寸-磅力的能量并在失效之前延展至少15%，这是使用以2英寸的初始钳口分离度修改后的格雷夫斯撕裂测试相对于所述机器方向以任何角度测得的。
在又一方面，公开了一种用于形成抗撕裂层叠结构的方法。所述方法可以包括以下步骤：(1)提供基材；(2)提供单层定向的聚乙烯膜，其具有范围在大约1～大约4密耳的截面厚度；(3)将连结层材料熔化挤出在所述基材与所述膜之间；以及(4)将所述基材按压成与所述膜接合(例如，在辊隙中)以形成层叠结构。
从以下详细描述、附图和所附权利要求书，所公开的抗撕裂层叠结构和方法的其它方面将变得显而易见。
附图说明
图1是所公开的抗撕裂层叠结构的一个方面的示意性截面图；
图2是用于形成图1的抗撕裂层叠结构的一个具体方法的示意性流程图；
图3是由图1的抗撕裂层叠结构形成的容器坯的俯视平面图；
图4是由图3的容器坯组装而成的容器的等距视图；并且
图5是从所公开的抗撕裂层叠结构收集的用于抗撕裂测试的试样的俯视平面图。
具体实施方式
参考图1，所公开的抗撕裂层叠结构(总体上标注为10)的一个方面可以包括基材12、聚乙烯膜14和定位在基材12与聚乙烯膜14之间的连结层16。层叠结构10可以具有由基材12限定出的第一主表面18和由聚乙烯膜14限定出的第二主表面20。
基材12可以是纸板基材。适当的纸板基材的示例包括但不限于固体漂白硫酸盐(SBS)、涂布棕色纸板(CUK)、瓦楞芯纸、白纸板和挂面纸板。
基材12可以具有每3000平方英尺至少85磅的未涂布基重。例如，基材12可以具有每3000平方英尺范围在大约100～大约200磅的基重。
基材12可以具有至少大约8个点的截面厚度(卡规)。例如，基材12可以具有范围在大约10～大约28点的截面厚度。
可选地，基材12可以在至少一个侧面上被涂布，以在层叠结构10的第一主表面18上提供光滑的可打印表面。因此，第一主表面18可以标记有各种文字和图形，比如广告文字和图形。适当的涂料的示例包括但不限于粘土和碳酸钙。
连结层16可以由能够将聚乙烯膜14粘结至基材12的任何材料形成，或者可以包括能够将聚乙烯膜14粘结至基材12的任何材料。在一个实施方式中，连结层16可以是一层挤出聚烯烃材料，比如挤出聚乙烯(例如，低密度聚乙烯)。在另一实施方式中，连结层16可以是含水粘结剂，比如胶水。
连结层16的截面厚度可以取决于特别是被用作连结层16的材料的类型以及将聚乙烯膜14粘结至基材12所需的这种材料量。例如，当连结层16是挤出的低密度聚乙烯时，连结层16可以具有至少大约0.25密耳比如大约0.5密耳的截面厚度，以确保连结层16被施加为连续(而不是不连续)的层。
聚乙烯膜14可以是聚乙烯的单层膜，具有至少一个定向长轴(即，定向主轴)。
所公开的层叠结构10的聚乙烯膜14的定向主轴在图3中以虚线示出。聚乙烯膜14的定向主轴可以相对于层叠结构10的机器方向(轴线A)配置成各种角度(例如，0度；45度)。本领域的技术人员应理解的是：聚乙烯膜14相对于层叠结构10的机器方向(轴线A)的定向主轴可以取决于用于制作聚乙烯膜14的制造工艺。
聚乙烯膜14可以由聚乙烯形成，比如低密度聚乙烯、高密度聚乙烯及其组合。在一个特定构造中，聚乙烯膜14可以通过共挤多层聚乙烯而形成。例如，聚乙烯膜14可以包括被夹持在两层低密度聚乙烯之间的一层高密度聚乙烯。由多个共挤层构成的聚乙烯膜14对于本公开而言仍然被认为是单层膜。
聚乙烯膜14可以具有范围在大约1～大约4密耳的标称截面厚度。在一个具体表现中，聚乙烯膜14可以具有范围在大约1.5～大约2.5密耳的标称截面厚度。在另一具体表现中，聚乙烯膜14可以具有范围在大约1.75～大约2.25密耳的标称截面厚度。在又一具体表现中，聚乙烯膜14可以具有大约2密耳的标称截面厚度。
已发现的是：仔细选择聚乙烯膜14可以给予层叠结构10意外地高的抗撕裂性，同时将材料成本维持在最低。在不受限于任何特定理论的情况下，相信的是：用于制作聚乙烯膜14的制造工艺可能在形成有聚乙烯膜14的层叠结构10的抗撕裂性中起着重要作用。具体地，在不受限于任何特定理论的情况下，相信的是：在加工期间向膜给予相对较少或零延展的制造工艺将总强度和延展性保留在最终膜中，而在加工期间相对较多地延展膜的制造工艺得到总体较弱的膜。
作为一个具体的但非限制性的示例，聚乙烯膜14可以是单层聚乙烯膜，其用于制造共挤式交叉层叠(即，双层)聚乙烯膜，其由新泽西州Livingston地区的Inteplast Group公司以IntePlus?品牌进行销售。IntePlus?牌的共挤式交叉层叠膜在2009年12月24日公开的美国专利公开号2009/0317650中以更详细的细节被描述，其全部内容通过引用并入本文。用于制造双层IntePlus?牌聚乙烯膜的单层聚乙烯膜直接从Inteplast Group公司获得。
参考图2，还公开了一种用于形成所公开的抗撕裂层叠结构102的方法，其总体上标注为100。方法100可以由以下要素实施：一卷基材104、一卷膜106、熔体挤出机108和配置为限定出辊隙114的两个辊110、112。
制造期间，基材116可以从所述一卷基材104展开到第一辊110上，并且聚乙烯膜118可以从所述一卷膜106展开到第二辊112上。挤出机108可以熔化并挤出连结层材料120，使得连结层材料被沉积在基材116与聚乙烯膜118之间。然后，辊110、112可以紧邻(即，处于或靠近)辊隙114将基材116和聚乙烯膜118聚在一起，以便连结层材料120将聚乙烯膜118粘结至基材116，由此形成最终的层叠结构102。
参考图3，所公开的抗撕裂层叠结构可以被模切以形成箱坯200。箱坯200可以限定出一个或多个潜在的撕裂起始点202。尽管存在潜在的撕裂起始点202，但是箱坯200仍可以被组装以形成抗撕裂箱204，如图4中所示。
示例
示例1
抗撕裂层叠结构被制备为具有纸板基材层、挤出连结层和定向聚乙烯膜层。纸板基材是16点式纸板，其具有每3000平方英尺168磅的基重，由弗吉尼亚州Richmond城的MeadWestvaco公司以PRINTKOTE?商标进行销售。挤出连结层是低密度聚乙烯，其以每3000平方英尺大约7磅的重量被施加，以得到具有大约0.5密耳的标称截面厚度的连结层。定向聚乙烯膜层是单层的共挤定向聚乙烯膜，由Inteplast Group公司使用来制造交叉层叠(双层)IntePlus?牌聚乙烯膜。定向聚乙烯膜层具有2密耳的标称截面厚度和每3000平方英尺30磅的标称基重。
参考图5，抗撕裂层叠结构的所得片材300具有机器方向(轴线A)。从片材300收集测试试样302来用于抗撕裂测试。测试试样302具有轴线B，并且相对于机器方向(轴线A)以各种角度T从片材300被收集，以找出片材300的最薄弱方向。最初，以0度、45度、90度和135度的角度T收集测试试样302。当发现以135度的角度T收集的初始测试试样302最薄弱时，以130度和140度的角度T收集附加的测试试样302。
依据格雷夫斯(Graves)撕裂测试(ASTM D 1004-07)使用INSTRON?机械测试机在测试试样302上进行抗撕裂测试，但修改之处是初始钳口分离度为2英寸。抗撕裂测试的结果被提供在表1中，并且包括平均百分比延伸率(即，测试试样302在失效之前的延展量)以及在失效之前由测试试样302吸收的平均总能量(单位英寸-磅力)。
如能够在表1看出的，由单层的交叉层叠(双层)IntePlus?牌膜形成的以130度的角度T收集的测试试样302最薄弱，在失效之前吸收2.37英寸-磅力的能量并且延伸31.31%。
示例2
(比较)
为了比较，制备一层叠结构，其具有纸板基材层、挤出连结层和定向聚乙烯膜层。纸板基材层和连结层相同于示例1中的。定向聚乙烯膜层是单层的膜，其由德克萨斯州休斯顿的Valeron Strength Films(Illinois Tool Works公司)使用，以制造他们的以VALERON?品牌销售的交叉层叠(双层)聚乙烯膜。单层VALERON?牌膜直接从Valeron Strength Films获得，并具有1.75密耳的标称截面厚度。
基于VALERON的层叠结构的所得片材受到示例1中使用的相同抗撕裂测试，且以0度、45度、90度和135度的角度T收集初始测试试样。当发现以45度的角度T收集的初始测试试样最薄弱时，以40度和50度的角度T收集附加的测试试样。
示例2的层叠结构的百分比延伸率和吸收的总能量(单位英寸-磅力)的结果被提供在表2中。
如能够在表2看出的，由单层的交叉层叠(双层)VALERON?牌膜形成的以45度的角度T收集的测试试样最薄弱，在失效之前只吸收1.18英寸-磅力的能量并且只延伸12.74%。
因此，使用单层的交叉层叠(双层)IntePlus?牌膜形成的层叠结构(示例1)显著地强于使用单层的交叉层叠(双层)VALERON?牌膜形成的层叠结构(示例2)。具体地，比较示例1的层叠结构的最薄弱方向(130度)与示例2的层叠结构的最薄弱方向(45度)，示例1的层叠结构吸收2倍多的能量，并且延伸几乎达示例2的层叠结构的2.5倍。
这里，本领域的技术人员应理解的是：由层叠结构吸收的总能量将取决于用于形成层叠结构的定向膜的截面厚度，但是层叠结构的百分比延伸率将很少或不依赖于定向膜的截面厚度。因此，虽然示例1使用具有2密耳标称厚度的定向膜而示例2使用具有1.75密耳标称厚度的定向膜，但是在不受限于任何特定理论的情况下，相信的是：示例1的层叠结构的显著地更好的抗撕裂性能是由于总体更好的质量、更强的膜，而不是膜的略微更厚(即，0.25密耳)的截面厚度。
因此，在第一表现中，所公开的抗撕裂层叠结构可能能够吸收至少1.5英寸-磅力的能量，并且可以具有至少15%的延展(百分比延伸率)，如使用格雷夫斯撕裂测试(但具有2英寸的初始钳口分离度)相对于层叠结构的机器方向以任何角度测得的。在第一表现的第一变型中，所公开的抗撕裂层叠结构可能能够吸收至少1.5英寸-磅力的能量，并且可以具有至少20%的延展，如使用格雷夫斯撕裂测试相对于层叠结构的机器方向以任何角度测得的。在第一表现的第二变型中，所公开的抗撕裂层叠结构可能能够吸收至少1.5英寸-磅力的能量，并且可以具有至少25%的延展，如使用格雷夫斯撕裂测试相对于层叠结构的机器方向以任何角度测得的。在第一表现的第三变型中，所公开的抗撕裂层叠结构可能能够吸收至少1.5英寸-磅力的能量，并且可以具有至少30%的延展，如使用格雷夫斯撕裂测试相对于层叠结构的机器方向以任何角度测得的。
在第二表现中，所公开的抗撕裂层叠结构可能能够吸收至少2英寸-磅力的能量，并且可以具有至少15%的延展，如使用格雷夫斯撕裂测试相对于层叠结构的机器方向以任何角度测得的。在第二表现的第一变型中，所公开的抗撕裂层叠结构可能能够吸收至少2英寸-磅力的能量，并且可以具有至少20%的延展，如使用格雷夫斯撕裂测试相对于层叠结构的机器方向以任何角度测得的。在第二表现的第二变型中，所公开的抗撕裂层叠结构可能能够吸收至少2英寸-磅力的能量，并且可以具有至少25%的延展，如使用格雷夫斯撕裂测试相对于层叠结构的机器方向以任何角度测得的。在第二表现的第三变型中，所公开的抗撕裂层叠结构可能能够吸收至少2英寸-磅力的能量，并且可以具有至少30%的延展，如使用格雷夫斯撕裂测试相对于层叠结构的机器方向以任何角度测得的。
在第三表现中，所公开的抗撕裂层叠结构可能能够吸收至少2.2英寸-磅力的能量，并且可以具有至少15%的延展，如使用格雷夫斯撕裂测试相对于层叠结构的机器方向以任何角度测得的。在第三表现的第一变型中，所公开的抗撕裂层叠结构可能能够吸收至少2.2英寸-磅力的能量，并且可以具有至少20%的延展，如使用格雷夫斯撕裂测试相对于层叠结构的机器方向以任何角度测得的。在第三表现的第二变型中，所公开的抗撕裂层叠结构可能能够吸收至少2.2英寸-磅力的能量，并且可以具有至少25%的延展，如使用格雷夫斯撕裂测试相对于层叠结构的机器方向以任何角度测得的。在第三表现的第三变型中，所公开的抗撕裂层叠结构可能能够吸收至少2.2英寸-磅力的能量，并且可以具有至少30%的延展，如使用格雷夫斯撕裂测试相对于层叠结构的机器方向以任何角度测得的。
在第四表现中，所公开的抗撕裂层叠结构可能能够吸收至少2.3英寸-磅力的能量，并且可以具有至少15%的延展，如使用格雷夫斯撕裂测试相对于层叠结构的机器方向以任何角度测得的。在第四表现的第一变型中，所公开的抗撕裂层叠结构可能能够吸收至少2.3英寸-磅力的能量，并且可以具有至少20%的延展，如使用格雷夫斯撕裂测试相对于层叠结构的机器方向以任何角度测得的。在第四表现的第二变型中，所公开的抗撕裂层叠结构可能能够吸收至少2.3英寸-磅力的能量，并且可以具有至少25%的延展，如使用格雷夫斯撕裂测试相对于层叠结构的机器方向以任何角度测得的。在第四表现的第三变型中，所公开的抗撕裂层叠结构可能能够吸收至少2.3英寸-磅力的能量，并且可以具有至少30%的延展，如使用格雷夫斯撕裂测试相对于层叠结构的机器方向以任何角度测得的。
相应地，通过仔细选择单层、定向聚乙烯膜层，所公开的抗撕裂层叠结构可以呈现出相对较高的抗撕裂性，而不显著增加材料成本。
尽管已经图示和描述了所公开的抗撕裂层叠结构的多个方面，但是本领域技术人员在阅读说明书时可以想到变型。本申请包括这些变型并且仅由权利要求书的范围来限定。
Claims (20)
1. 一种层叠结构，包括：
基材；
单层定向的聚乙烯膜，其具有范围在大约1～大约4密耳的截面厚度；和
连结层，其定位在所述基材与所述聚乙烯膜之间，
其中，所述层叠结构具有机器方向，并且在失效之前吸收至少1.5英寸-磅力的能量并在失效之前延展至少15%，这是使用以2英寸的初始钳口分离度修改后的格雷夫斯撕裂测试(ASTM D 1004-07)相对于所述机器方向以任何角度测得的。
2. 如权利要求1所述的层叠结构，其中，所述基材包括纸板。
3. 如权利要求2所述的层叠结构，其中，所述纸板具有每3000平方英尺至少85磅的基重。
4. 如权利要求1所述的层叠结构，其中，所述基材包括至少一个涂布表面。
5. 如权利要求1所述的层叠结构，其中，所述连结层包括挤出聚乙烯。
6. 如权利要求1所述的层叠结构，其条件是，所述聚乙烯膜不是交叉层叠膜。
7. 如权利要求1所述的层叠结构，其中，所述截面厚度的范围在大约1.5～大约2.5密耳。
8. 如权利要求1所述的层叠结构，其中，所述截面厚度的范围在大约1.75～大约2.25密耳。
9. 如权利要求1所述的层叠结构，其中，所述聚乙烯膜包括低密度聚乙烯和高密度聚乙烯中的至少一个。
10. 如权利要求1所述的层叠结构，其中，所述聚乙烯膜包括多个共挤聚乙烯层。
11. 如权利要求1所述的层叠结构，其中，所述层叠结构在失效之前延展至少20%。
12. 如权利要求1所述的层叠结构，其中，所述层叠结构在失效之前延展至少25%。
13. 如权利要求1所述的层叠结构，其中，所述层叠结构在失效之前延展至少30%。
14. 如权利要求1所述的层叠结构，其中，所述层叠结构在失效之前吸收至少2英寸-磅力的能量。
15. 如权利要求14所述的层叠结构，其中，所述层叠结构在失效之前延展至少25%。
16. 如权利要求14所述的层叠结构，其中，所述层叠结构在失效之前延展至少30%。
17. 如权利要求1所述的层叠结构，其中，所述层叠结构在失效之前吸收至少2.2英寸-磅力的能量。
18. 一种箱坯，由如权利要求1所述的层叠结构形成。
19. 一种箱，由如权利要求18所述的箱坯形成。
20. 一种层叠结构，包括：
纸板基材；
单层定向的聚乙烯膜，其具有范围在大约1.5～大约2.5密耳的截面厚度, 其条件是所述膜不是交叉层叠膜；和
连结层，其定位在所述基材与所述聚乙烯膜之间，
其中，所述层叠结构具有机器方向，并且在失效之前吸收至少2英寸-磅力的能量并在失效之前延展至少20%，这是使用以2英寸的初始钳口分离度修改后的格雷夫斯撕裂测试相对于所述机器方向以任何角度测得的。
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