CN106414072B - 包含聚乳酸的多层热塑性聚合物膜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种包括至少3个，优选地至少5个层的多层膜。在5层膜的情况下，所述多层膜包括：第一外层，其具有80重量％至100重量％的一种或多种聚烯烃；第一接合层，其具有按所述第一接合层的重量计5％至100％的一种或多种官能化聚烯烃；芯层，其具有按所述芯层的重量计75％至100％的聚乳酸；第二接合层，其具有按所述第二接合层的重量计5％至100％的一种或多种官能化聚烯烃；以及第二外层，其具有按所述第二外层的重量计80％至100％的一种或多种聚烯烃；并且其中所述第一接合层设置在所述第一外层和所述芯层之间，所述第二接合层设置在所述芯层和所述第二外层之间。
Description
技术领域
本发明整体涉及包含聚乳酸的多层热塑性聚合物膜。
背景技术
当今许多产品使用膜。此类产品的一些示例包括但不限于个人护理吸收产品诸如尿布、训练裤、失禁衣服、卫生巾、绷带、擦拭物等，以及诸如包装材料的产品，以及其它一次性产品诸如垃圾袋和食品袋。这些膜通常由热塑性聚合物制成。
许多热塑性聚合物衍生自单体，所述单体获自不可再生的化石基资源，诸如石油、天然气和煤炭。近年来，由于制造商和消费者更加清楚地意识到环境问题和可持续性问题，因此对由可再生的非化石基材料制成的聚合物的需求显著增长。然而，遗憾的是，许多可再生的热塑性生物聚合物不太适用于独立应用中的单独使用。与期望减少不可再生天然资源的利用相关，“降低规格”或减小膜、产品和包装的厚度和/或聚合物含量同时保持性能的能力也是有利的。通过掺入生物聚合物来减少不可再生天然资源的利用，同时还实现降低规格的技术是非常理想的。
本领域中已经做出了由可再生的生物聚合物诸如聚乳酸生产膜、纤维和其它组合物的尝试(参见，例如，EP 2285892；WO 2008/149943；USPN 5,910,545；6,177,193；6,309,988；6,506,873；7,132,490；8,137,773；8,461,262；2009/0263600；2009/0326152；2009/0324911；2012/0035323；2012/0219783；2013/0157032和2013/0190408)。然而，在制备薄的柔性包装膜(诸如通常用于个人卫生制品、擦拭物、产品袋和个人护理制品的那些)的情况下，PLA的使用可能导致缺陷。例如，相对于聚烯烃，PLA薄膜表现出高的刚度、脆性、处理时高沙沙声噪声水平、低延展性、低柔软性、以及低韧性。因此，PLA一般不用作用于此类应用的膜中的主要组分。
热塑性聚合物诸如聚烯烃(“PO”)因其优异的可加工性而常用于生产用于消费产品包装的薄膜。因此，常见的膜制造设备被最优设计用于制备基于聚烯烃的膜。更换或改进该制造设备以运行其它类型的聚合物将需要高开发成本和过高的资本支出，从而使得这一选项对于大多数制造商来说是不现实的。
因此，不仅适用于使用标准聚烯烃膜制造设备制备薄膜，而且还包含具有良好机械特性的生物基内容物的热塑性聚合物组合物是非常理想的。
发明内容
提供了一种包括至少3个，优选地至少5个层的多层膜。在5层膜的情况下，多层膜包括：第一外层，其具有80重量％至100重量％的一种或多种聚烯烃；第一接合层，其具有按第一接合层的重量计5％至100％的一种或多种官能化聚烯烃；芯层，其具有按芯层的重量计75％至100％的聚乳酸；第二接合层，其具有按第二接合层的重量计5％至100％的一种或多种官能化聚烯烃；以及第二外层，其具有按第二外层的重量计80％至100％的一种或多种聚烯烃；并且其中第一接合层设置在第一外层和芯层之间，第二接合层设置在芯层和第二外层之间。
具体实施方式
I.定义
如本文所用，以下术语应具有下文指定的含义：
“吸收制品”是指任何吸收性消费产品或其部分，包括吸收性个人卫生制品(例如，擦拭物、尿布、尿布部件诸如底片或底片的部分、训练裤、吸收性内衣裤、成人失禁产品、女性卫生产品诸如衬垫和棉塞；覆盖物(例如，地板覆盖物、桌布、野餐区域覆盖物)；医疗产品(例如，用于内科、牙科或兽医应用的手术罩衫和盖布、面罩、头部覆盖物、鞋子覆盖物、伤口敷料、绷带、消毒包裹物等)；以及服装(可被穿戴的任何类型的服饰，例如，工作服和连衣工作服、内衣、裤子、衬衫、夹克、手套、袜子、头部覆盖物、鞋子覆盖物、围裙、手术服等))。
“生物聚合物”是指来源于生物材料(通常为植物材料)的聚合物。
“共聚物”是指来源于两种或更多种可聚合单体的聚合物。当用于一般术语时，术语“共聚物”也包括多于两种不同的单体，例如三元共聚物。术语“共聚物”也包括无规共聚物、嵌段共聚物、以及接枝共聚物。
“连续”是指直接接触。在一个层“连续”的情况下，其与至少一个相邻层直接接触。
“横向”或“CD”是指膜的宽度，即大致垂直于MD的方向。
“膜”是指一种片状材料，其中材料的长度和宽度远远超过材料的厚度。如本文所用，术语“膜”和“片材”互换使用。
“接合到”包括一些构型，其中可通过将元件直接附接到另一个元件上从而使该元件直接固定到另一元件上；也包括这样一些构型，其中可通过将元件附连到一个或多个中间构件上，然后再把中间构件附连到其它元件上，从而使该元件间接固定到其它元件上。
“纵向”或MD是指生产时膜的长度。
“可再生的”是指可由自然资源产生或来源于其的材料，所述自然资源通过陆地植物，水域或海洋生态系统(例如农业作物、可食用和不可食用的草、林业产品、海草或藻类)或微生物(如细菌、真菌或酵母菌)的作用周期性(例如每年一次或常年)进行补充。
“基本上无”、“基本上不含(substantially free of和/或substantially freefrom)”是指所指物质以非有意加入到组合物中以形成所述组合物的一部分的最小量存在，或者最有利地以不可分析检测的含量存在。这是指包括其中所指材料仅作为有意加入的其它材料中的一种中的杂质而存在的组合物。在一些实施方案中，基本上不含是指该层或膜包含按重量计少于5％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％或0.01％的成分或材料。
如本文所用，冠词诸如“一个”和“一种”被理解为是指一种或多种受权利要求书保护或描述的物质。
如本文所用，术语“包括”、“包含”和“具有”以及它们的各种动词时态旨在为非限制性的。
除非另外指明，所有百分比和比率均按总组合物的重量计进行计算。
除非另外指明，所有组分或组合物含量均是就该组分或组合物的活性部分而言，且不包括可能存在于这些组分或组合物的市售来源中的杂质，例如残余溶剂或副产物。
本文所述的多层膜包括至少3个、优选4个，并且更优选至少5个层。5层多层膜10的一个示例示出，其中多层膜10包括两个或更多个外层或表层15、两个或更多个接合层20、以及一个或多个芯层25。多层膜可具有约5、10、15、20至约25、30、40、50、60、70、80、90或100微米的平均厚度。类似的层不必须是组成、结构或几何形状相同的。例如，接合层20可以是相同的、基本上相同的，或组成、结构或几何形状不同的。类似地，外层15可以是相同的、基本上相同的，或组成、结构或几何形状不同的。例如，如果希望两个外层之间的热密封特性不同，外层20的组成可彼此不同。
II.包含热塑性聚合物的外层
多层膜的外层或表层各自包含一种或多种热塑性聚合物，优选地一种或多种聚烯烃。在一些实施方案中，表层包含按表层的重量计75％、80％、85％或90％至95％或100％的一种或多种聚烯烃，其中剩余部分包含其它热塑性聚合物或添加剂。在一些实施方案中，外层或表层基本上或完全不含聚乳酸。如本文所用，热塑性聚合物是熔融然后在冷却时结晶或硬化，但是在进一步加热时可再熔融的聚合物。用于本文的合适的热塑性聚合物通常具有60℃至300℃、80℃至250℃、或100℃至215℃的熔融温度。热塑性聚合物的分子量足够高，以至于能够实现聚合物分子之间的缠结，并且也要足够低以便可熔融挤出。合适的热塑性聚合物可具有1000kDa或更小，5kDa至800kDa，10kDa至700kDa，或20kDa至400kDa的重均分子量。由每种聚合物的特定ASTM方法测定重均分子量，但是一般采用凝胶渗透色谱法(GPC)或由溶液粘度测量来测得。
聚烯烃由烯烃(链烯烃)单体制备，单一烯烃物质或两种或更多种烯烃物质的组合均可。常见的聚烯烃包括聚乙烯(“PE”)、聚丙烯(“PP”)、聚甲基戊烯(“PMP”)、聚丁烯-1(“PB-1”)、低密度聚乙烯(“LDPE”)、高密度聚乙烯(“HDPE”)、线性低密度聚乙烯(“LLDPE”)、聚异丁烯(“PIB”)、交联聚乙烯(XLPE)、交联的高密度聚乙烯(PEX)、以及它们的共聚物。
如本文所用，通用术语“聚烯烃”包括非官能化的聚烯烃和官能化的聚烯烃。非官能化的聚烯烃是基本上由烯烃物质组成的那些，而官能化的聚烯烃是包含一个或多个化学官能团的那些。
非官能化的聚烯烃具有非常大的化学惰性并且具有优异的耐化学品性、低表面能、以及低润湿能力，使得它们对于一些应用来说是理想的，而对于其它应用则不然。为了改善润湿、混合分散、填料粘附、熔体加工、表面对表面的吸引和/或其它期望的性能特征，可利用官能团对聚烯烃进行化学改性(“官能化”)，以向聚烯烃聚合物赋予期望的特性。如本领域所公开的，聚烯烃官能化的方法可包括诸如以下的那些：(1)α-烯烃与官能单体的直接共聚作用；(2)预先形成的聚合物的化学改性；以及(3)反应性共聚物方法，掺入可选择性地且有效地和官能团互变的反应性共聚单体。
本文通常使用的聚烯烃包括聚乙烯或其共聚物，包括低密度、高密度、线性低密度、或超低密度聚乙烯，使得聚乙烯密度在0.85克/立方厘米至0.97克/立方厘米之间，或在0.92至0.95克/立方厘米之间的范围内。聚乙烯的密度由支化量和类型确定，并且取决于聚合技术和共聚单体类型。还可使用聚丙烯和/或聚丙烯共聚物，包括无规聚丙烯、全同立构聚丙烯、间同立构聚丙烯、或它们的组合。可使用聚丙烯共聚物，尤其是乙烯，以降低熔融温度并且改善性能。可采用茂金属和Ziegler-Natta催化剂体系来制得这些聚丙烯聚合物。可将这些聚丙烯和聚乙烯组合物组合在一起以定制工程师最终使用性能。
如果聚烯烃包括聚乙烯，合适的聚乙烯的一些非限制性示例包括极低密度聚乙烯(VLDPE)或超低密度聚乙烯(ULDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)(其可具有在0.915g/cm3至0.925g/cm3范围内的密度)、线性中密度聚乙烯(LMDPE)或中密度聚乙烯(MDPE)(其可具有在0.926g/cm3至0.94g/cm3范围内的密度)、和/或高密度聚乙烯(HDPE)(其可具有大于或等于0.941g/cm3至最高0.97g/cm3或更大的密度)、以及它们的共混物。合适等级的LDPE包括但不限于在2.16kg的负载下在190℃下具有约0.2g/10min至约7g/10min的熔体指数的那些。在一些实施方案中，连续相的轻触膜组合物包括LLDPE和LDPE或MDPE的组合，一些示例可作为SLH218(LLDPE)购自Baskem、购自Exxon Mobil(LDPE)、作为DOWLEXTM2045(oLLDPE)购自Dow Chemical Co.，并且作为DOWLEXTM 2027(LMDPE)购自DowChemical Co.。本文提及聚乙烯聚合物的密度或熔体指数旨在表示分别根据ASTM D792和ASTM D 1238测定的密度或熔体指数。
如果聚合物为聚丙烯，则由用于测量聚丙烯的ASTM D-1238测得，聚烯烃可具有大于0.1g/10min的熔体流动指数(MFI)。其它预期的熔体流动指数包括大于1g/10min、大于10g/10min。
合适的可商购获得的聚丙烯或聚丙烯共聚物的非限制性示例包括Basell ProfaxPH-835TM(35熔体流动速率Ziegler-Natta全同立构聚丙烯，得自Lyondell-Basell)、BasellMetocene MF-650WTM(500熔体流动速率茂金属全同立构聚丙烯，得自Lyondell-Basell)、Polybond 3200TM(250熔体流动速率马来酸酐聚丙烯共聚物，得自Crompton)、ExxonAchieve 3854TM(25熔体流动速率茂金属全同立构聚丙烯，得自Exxon-Mobil Chemical)、和Mosten NB425TM(25熔体流动速率Ziegler-Natta全同立构聚丙烯，得自Unipetrol)。其它合适的聚合物可包括Danimer 27510TM(多羟基链烷酸酯聚丙烯，得自Danimer ScientificLLC)、Dow Aspun 6811ATM(27熔体指数聚乙烯聚丙烯共聚物，得自Dow Chemical)、以及Eastman 9921TM(具有标称0.81特性粘度的聚酯对苯二酸均聚物，得自Eastman Chemical)。
在其中外层或表层包含除聚烯烃之外的热塑性聚合物的那些实施方案中，热塑性聚合物可衍生自可再生资源或衍生自化石基材料。衍生自可再生资源的热塑性聚合物是生物基的，诸如用于制备聚丙烯和聚乙烯的生物制得的乙烯和丙烯单体。可再生材料性能基本上与化石基产品等同物相同，不同的是生物基热塑性聚合物中存在碳-14。为确定存在于未知组合物中的可再生材料的含量(例如，在由第三方制得的产品中)，可使用ASTM D6866方法B通过测量产品中的碳-14量来测量生物基含量。来自生物质(即可再生资源)的材料具有存在的充分表征的碳-14量，然而来自石化资源的那些不包含碳-14。因此，存在于产品中的碳-14与其生物基含量相关。
可再生的和化石基热塑性聚合物也可组合使用。也可单独或与可再生和/或化石衍生的热塑性聚合物组合使用可再循环的热塑性聚合物。可再循环的热塑性聚合物可在配混前被预调理以移除任何无用的污染物，或可在配混和挤出过程期间使用它们，以及只是留在混合物中。这些污染物可包括痕量的其它聚合物、浆料、颜料、无机化合物、有机化合物、以及通常存在于加工聚合物组合物中的其它添加剂。污染物不应不利地影响混合物的最终性能。
能够生物降解的热塑性聚合物也预期用于本文中。当能够生物降解的材料埋于地下或换句话讲接触微生物时(包括在有利于微生物生长的环境条件下接触)，能够生物降解的材料易于被微生物如霉菌、真菌和细菌消化。合适的能够生物降解的聚合物还包括采用有氧或厌氧分解方法或由于暴露于环境要素如阳光、雨水、水分、风、温度等而可环境降解的那些能够生物降解的材料。能够生物降解的热塑性聚合物可单独使用，或以能够生物降解的聚合物或不能够生物降解的聚合物的组合形式使用。能够生物降解的聚合物包括包含脂族组分的聚酯。
合适的热塑性聚合物一般包括热塑性淀粉、聚烯烃、聚酯、聚酰胺、它们的共聚物、以及它们的组合。例如，热塑性聚合物可选自TPS、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯共聚物、聚乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸(“PLA”)、多羟基链烷酸酯(“PHA”)、聚酰胺-6、聚酰胺-6,6、以及它们的组合。
合适的聚合物的其它非限制性示例包括聚碳酸酯、聚醋酸乙烯酯、聚(甲醛)、苯乙烯共聚物、聚醚酰亚胺、聚砜、聚乙烯醇、乙烯-丙烯酸、聚烯烃羧酸共聚物，以及它们的组合。本文可使用任何其它合适的热塑性聚合物或它们的组合。
大量可生物降解的聚酯是基于石油资源，由合成单体以化学方式获得的。这些包括聚己内酯、脂族共聚酯、以及芳族共聚酯，所有这些在室温下是柔软的。
聚(e-己内酯)(PCL)通常通过e-己内酯在金属醇盐(例如，异丙氧基铝、辛酸锡)存在下的ROP获得。PCL广泛用作PVC固体增塑剂或作为多元醇用于聚氨酯应用。它也基于其可生物降解特征而在诸如生物医学(例如，药物的受控释放)和环境(例如软质可堆肥包装)的领域存在应用。PCL显示出非常低的Tg(-61℃)和低的Tm(65℃)，这在一些应用中可能是不利条件。因此，PCL通常为共混的或改性的(例如共聚、交联)。PCL可以被水解或被真菌生物降解。PCL可易于酶促降解。
大量基于石油资源的脂族共聚酯是可生物降解的共聚物。它们通过二醇诸如1,2-乙二醇、1,3-丙二醇或1,4-丁二醇的组合，以及二元羧酸如己二酸、癸二酸或琥珀酸的组合获得。聚琥珀酸丁二酯(PBS)可通过1,4-丁二醇和琥珀酸的缩聚获得。
聚琥珀酸丁二酯/己二酸酯(PBSA)通过己二酸与1,4-丁二醇的加成以及琥珀酸缩聚获得。其它缩聚反应已用于制备其它缩合物，诸如1,2-乙二醇、1,4-丁二醇与琥珀酸和己二酸的缩聚，以制备脂族共聚酯。这些共聚酯的特性取决于结构，即所用的二醇和二酸的组合。这些产物的生物降解能力也取决于结构。降低结晶度的己二酸的加成倾向于增大堆肥生物降解速率。
芳族共聚酯通常基于对苯二甲酸。例如，聚(己二酸丁二醇酯-共-对苯二甲酸酯)(PBAT)的化学结构。
在某些实施方案中，可使用一个表层或两个表层作为热密封表面。为了便于热密封，一个或多个表层可包括热密封增强材料，诸如低熔融聚烯烃共聚物，诸如茂金属塑性体(来自ExxonMobil的Exact、来自Dow Chemical的Affinity)、极性共聚物诸如EVA、EAA、EMA等(来自Dow Chemical的Primacor)等。
III.包含聚乳酸的芯层
多层膜还包括包含聚乳酸的一个或多个芯层。如本文所用，“芯层”是指设置在表层之间的层，但是芯层不是必须设置在多层膜的几何中央。更优选地，一个或多个芯层设置在2个或更多个接合层之间和/或优选地与2个或更多个接合层邻近或接续地设置。芯层优选地包含按芯层的重量计75％、80％、85％或90％至95％或100％的聚乳酸。一个或多个芯层可基本上由聚乳酸组成。芯层可具有约0.5、0.75、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6.5、6、6.5、7微米至约1.5、2、2.25、2.75、3、3.25、3.5、3.75、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30微米的平均厚度。一个或多个芯层的厚度体积分数优选小于多层膜总体积的30体积％，以便使更硬的PLA材料对多层膜的抗弯刚度的影响最小。
尽管无意于受任何理论的束缚，据信结合一个或多个芯层的多层膜向多层膜提供PLA的MD刚度优点，同时使对抗弯刚度的相关影响最小，所述芯层包含75重量％或更多的PLA，优选作为薄层，设置在包含80重量％或更多的一种或多种聚烯烃的较厚的外层或表层之间。因为较硬的PLA材料优选地被限于芯层，所以对拉伸MD刚度的影响与芯层的总体厚度成线性关系。然而，弯曲不会受到那么大的影响，因为芯层的较硬的PLA材料优选定位在多层膜的弯曲中轴线的周围或其上，而更具顺应性的包含聚烯烃的表层被定位远离多层膜的弯曲中轴线。这种布置的另一个优点是通过更具韧性且更具顺应性的外层或表层保护凹口的敏感性PLA材料。
在一些实施方案中，5层多层膜具有40(第一外层)/5(第一接合层)/10(芯层)/5(第二接合层)/40(第二外层)+20％、或35(第一外层)/5(第一接合层)/20(芯层)/5(第二接合层)/35(第二外层)+20％的层体积分数比。多层膜可具有大于或等于20MPa但小于100MPa的MD和CD拉伸强度，大于或等于200％但小于3,000％的MD和CD断裂伸长率，以及大于10MPa但小于50MPa的MD和CD 10％应力。如果10％应力超过50MPa，那么多层膜可能会变得太硬、粗糙、摩擦声大并卷曲，这对于一些消费者应用来说是不可接受的。
聚乳酸通常可衍生自乳酸的任何异构体的单体单元(PLA的单体前体)。乳酸可通过碳水化合物发酵或通过常见的化学合成来获得。也被称为“乳酸(milk acid)”，乳酸是具有不对称碳原子和两种光学活性构型(即L和D异构体)的最简单的羟基酸，其可在细菌系统中产生，而哺乳动物生物体仅产生L异构体，所述L异构体在代谢期间易于被同化。
乳酸主要通过碳水化合物的细菌发酵来制备。这些发酵过程可根据所用细菌的类型进行分类。大多数发酵过程使用乳杆菌物种，其得到高产率的乳酸。一些生物体主要产生L异构体，诸如嗜淀粉乳杆菌(Lactobacilli amylophilius)、保加利亚乳杆菌(L.bavaricus)、干酪乳杆菌(L.cosei)以及麦芽香乳杆菌(L.maltaromicus)，而德氏乳杆菌(L.delbrueckii)、詹氏乳杆菌(L.jensenii)或嗜酸乳杆菌(L.acidophilus)产生D异构体或L和D的混合物。一般来讲，基本的糖的来源是来自玉米或马铃薯的葡萄糖和麦芽糖、来自甘蔗或甜菜的蔗糖等。将乳酸盐溶液与细胞(生物质)和其它剩余固体材料分离之后，接着将产物蒸发、结晶并酸化，以获得粗制乳酸。在经历聚合之前，可通过分离技术对其进行纯化，所述技术诸如超滤、纳米过滤、电渗析和离子交换工艺。
PLA的合成是一种多步方法，其可沿循至少三条主要途径。在一条生产途径中，使乳酸缩聚以产生低分子量的脆性聚合物，所述聚合物大部分是不能使用的，除非使用外部偶联剂增加其链长。第二途径是乳酸的共沸脱水缩合。这可产生高分子量的PLA，而无需使用增链剂或特殊的佐剂。第三且主要的方法涉及由乳酸形成丙交酯的中间步骤，然后丙交酯经受开环聚合反应(ROP)以获得高分子量PLA。
聚乳酸可为均聚物或共聚物，诸如包含衍生自L-乳酸的单体单元和衍生自D-乳酸的单体单元的均聚物或共聚物。各自具有衍生自L-乳酸的单体单元和衍生自D-乳酸的单体单元之间的不同比率的多种聚乳酸可以任何期望的百分比被包括在内。
聚交酯的物理特性与乳酸立体共聚物的对映体纯度相关。聚交酯的物理特性与乳酸立体共聚物的对映体纯度相关。均聚PLA是具有由其立体化学组成确定的分子结构的线性大分子。PLA可被制备成完全是非晶态的或最高40％结晶。包含多于93％L-乳酸的PLA树脂是半结晶的，但是具有50至93％L-乳酸的PLA是完全非晶态的。因此，L/D比诱导或限制聚合物结晶度。
内消旋和D-丙交酯两者均在非常规则的PLLA结构中诱导扭转。大分子缺陷是造成PLLA结晶的速率和程度降低的原因。在实施过程中，大部分PLA由L和D,L-丙交酯共聚物构成，因为反应介质通常包含一些内消旋丙交酯杂质。根据制备条件，PLLA结晶成不同的形式。α-形式表现出良好限定的衍射图，具有185℃的熔融温度并且比在175℃下熔融的其β-对应体更稳定。后者可在高拉伸比和高拉伸温度下形成。通过外延结晶形成c-形式。已经观察到，具有相等的PLLA和PDLA含量的共混物得到两种聚合物的立体复合(外消旋晶粒)。这种立体复合物赋予高于纯PLLA或PDLA的机械特性和等于230℃的高Tm。
文献报道了PLA的不同密度数据，因为与非晶态材料的1.25的密度相比，结晶部分可具有1.29的密度。PLA是类似于PET的缓慢结晶的聚合物。与PET类似，可通过加工对PLA取向。链取向增大PLLA塑料的机械强度。如果取向在低温下进行，那么所得的PLLA具有增强的模量，而结晶度不显著增加。为了通过DSC确定结晶度水平，在涉及PLA熔体焓的文献中最常提到的在100％结晶度下的结晶度水平为93J/g。可通过加热结晶但非晶态的PLA的结晶可通过在介于75C和Tm之间的温度下退火来引发。可结晶PLA共聚物的退火通常产生两个熔融峰。已经提出了不同的假说。一些作者发现了PLLA聚合物中的双熔点并且将它们归因于缓慢的结晶和重结晶速率。PLA的典型Tg在50℃至80℃的范围内，而Tm在130℃至180℃的范围内。例如，光学纯PLA是具有55℃的Tg和180℃的Tm的半结晶聚合物。对于半结晶PLA，Tm是不同加工参数和初始PLA结构的函数。Tm随着分子量(Mw)增加，直到最大值。除此之外，结晶度随着增大的Mw而降低。Tg还由不同类型的丙交酯的比例来确定。Tm取决于产生Tm降低的结构中内消旋丙交酯的存在。
可使用多种方法使PLA塑化，诸如但不限于低聚乳酸(o-LA)、柠檬酸酯、或低分子量聚乙二醇(PEG)。增塑作用增大链移动性并降低玻璃化转变温度，以使PLA不易破碎。其它增塑剂可包括基于维生素的化学品，诸如来自Riken Vitamin Company的RIKEMAL PL-710。
可用于本发明中的合适的聚乳酸聚合物的示例可以名称BIOMER(注册商标)L9000从Biomer,Inc.(Krailling,Germany)商购获得。其它合适的聚乳酸聚合物可从Natureworks LLC(Minnetonka,Minn.)(NATUREWORKS(注册商标))或Mitsui Chemical(LACEA(注册商标))商购获得。其它合适的聚乳酸可描述于美国专利4,797,468；5,470,944；5,770,682；5,821,327；5,880,254；以及6,326,458中，所述专利出于所有目的全文以引用方式并入本文。
聚乳酸通常具有在约40,000至约160,000克/摩尔，在一些实施方案中约50,000至约140,000克/摩尔，并且在一些实施方案中约80,000至约120,000克/摩尔范围内的数均分子量(“Mn”)。同样，该聚合物还通常具有在约80,000至约200,000克/摩尔，在一些实施方案中约100,000至约180,000克/摩尔，并且在一些实施方案中约110,000至约160,000克/摩尔范围内的重均分子量(“Mw”)。
重均分子量与数均分子量的比率(“Mw/Mn”)，即“多分散指数”，也相对较低。例如，多分散指数通常在约1.0至约3.0，在一些实施方案中约1.1至约2.0，并且在一些实施方案中约1.2至约1.8的范围内。重均分子量和数均分子量可通过本领域的技术人员已知的方法测定。
聚乳酸也可具有约50至约600帕斯卡秒(Pa.s)，在一些实施方案中约100至约500Pa.s，并且在一些实施方案中约200至约400Pa.s的表观粘度，如在190摄氏度的温度和在1000see的剪切速率下所测定的。聚乳酸的熔体流动速率(以干基计)也可在约0.1至约40克/10分钟，在一些实施方案中约0.5至约20克/10分钟，并且在一些实施方案中约5至约15克/10分钟的范围内，在2160克的负载和190摄氏度下测定。
脂族生物聚合物诸如PLA是可生物降解的。主要的非生物降解现象涉及热和水解降解。在堆肥状态期间，PLA在涉及不同机制的多步过程中降解。主要地，在通过非生物机制暴露于湿气之后，PLA通过水解降解。
IV.接合层
多层膜包括一个或多个接合层。接合层设置在芯层和每个外层或表层之间。在一些实施方案中，一个或多个接合层设置在外层中的一个和芯层之间。在一些实施方案中，一个或多个接合层与表层中的一个以及一个或多个芯层相邻或连续设置。在一些实施方案中，一个或多个接合层与两个表层以及芯层相邻或连续设置。接合层中的一个或多个包含一种或多种官能化聚烯烃。在一些实施方案中，接合层包含按接合层的重量计5％、10％、20％、30％、40％或45％至55％、60％、70％、80％、90％或100％的一种或多种官能化聚烯烃。一个或多个接合层可基本上由一种或多种官能化聚烯烃组成。每个接合层的厚度可介于多层膜的总体积的2.5体积％和35体积％之间。
由于PLA和聚烯烃之间显著的极性差异，这些组分的共混物通常产生具有较差物理特性的不相容的系统。因此多层膜在外层和芯层之间结合一个或多个接合层。已经发现，这种特别的多层结构可提供MD和/或CD拉伸特性，所述拉伸特性对于当前由聚乙烯制成同时掺入可再生原料(PLA)的产品是有用的。这一布置还使得由于刚度的改善而能够降低规格(即厚度降低或基重降低)，这可用于进一步促进可持续性和/或用于成本节约。
接合层可包含官能化聚烯烃，所述官能化聚烯烃具有由与芯层的PLA相容的一个或多个官能团提供的极性组分和由与外层的一种或多种聚烯烃相容的烯烃提供的非极性组分。极性组分可例如由一个或多个官能团提供并且非极性组分可由烯烃提供。增容剂的烯烃组分通常可由任何直链或支链的a-烯烃单体、低聚物、或衍生自烯烃单体的聚合物(包括共聚物)形成。a-烯烃单体通常具有2至14个碳原子，并且优选地2至6个碳原子。合适的单体的示例包括但不限于乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、2-甲基-l-丙烯、3-甲基-l-戊烯、4-甲基-l-戊烯，以及5-甲基-l-己烯。聚烯烃的示例包括均聚物和共聚物两者，即聚乙烯，乙烯共聚物诸如EPDM、聚丙烯、丙烯共聚物、以及聚甲基戊烯聚合物。
烯烃共聚物可包括少量的非烯属单体，诸如苯乙烯、醋酸乙烯酯、二烯、或丙烯酸类和非丙烯酸类单体。可使用多种已知的技术将官能团结合到聚合物主链中。例如，可将包含官能团的单体接枝到聚烯烃主链上以形成接枝共聚物。此类接枝技术是本领域熟知的并描述于例如美国专利5,179,164中。在其它实施方案中，可使包含官能团的单体与烯烃单体共聚，以形成嵌段或无规共聚物。无论结合方式如何，增容剂的官能团可为向分子提供极性链段的任何基团，诸如羧基基团、酸酐基团、酰胺基团、酰亚胺基团、羧酸酯基、环氧基、氨基基团、异氰酸酯基、具有噁唑啉环的基团、羟基基团等等。马来酸酐改性的聚烯烃也尤其适用于本发明中。此类改性的聚烯烃通常通过将马来酸酐接枝到聚合物主链材料上来形成。此类马来酸化的聚烯烃可以名称Fusabond购自E.I.duPont de Nemours and Company，诸如P系列(化学改性的聚丙烯)、E系列(化学改性的聚乙烯)、C系列(化学改性的乙烯-醋酸乙烯酯)、A系列(化学改性的乙烯-丙烯酸酯共聚物或三元共聚物)、或N系列(化学改性的乙烯-丙烯、乙烯-丙烯二烯单体(“EPDM”)或乙烯-辛烯)。另选地，马来酸化的聚烯烃也可以名称Polybond购自Chemtura Corp.并且以名称Eastman G系列和AMPLIFYTM GR功能聚合物(马来酸酐接枝的聚烯烃)购自Eastman Chemical Company。其它示例包括可购自Arkema的Lotader AX8900(聚乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物)和Lotader TX8030(聚乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐三元共聚物)。
在一些方面，接合层可为树脂组合物，如2012年2月14日授予Kitora等人的美国专利8,114,522中所公开的。这种树脂组合物包括改性的PO树脂和萜烯树脂。另选地，它包括聚乳酸树脂、改性的聚烯烃树脂以及氢化石油树脂。这些组合物适用作外层和芯层之间的接合层。
在一些实施方案中，可通过将官能化聚烯烃掺入外层中的一个或两个中而将外层和接合层基本上合并为一个外层。在这些情况下，多层膜可包括3个或4个层。在3层膜的情况下，膜可包括：包含聚烯烃和/或官能化聚烯烃的第一外层、一个或多个芯层、以及包含聚烯烃和/或官能化聚烯烃的第二外层)。在4层膜的情况下，膜可包括：包含聚烯烃和/或官能化聚烯烃的第一外层、一个或多个芯层、接合层、以及包含聚烯烃的第二外层。
V.添加剂
多层膜的任何层可包含少量的一种或多种添加剂。通常，添加剂可包含按层的重量计少于约10％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％或0.01％的添加剂。所预期的添加剂类型的一些非限制性示例包括香料、染料、颜料、纳米颗粒、防静电剂、填料、以及它们的组合。本文所公开的层可包含单一的添加剂或添加剂的混合物。例如，香料和着色剂(例如颜料和/或染料)均可存在。
如本文所用，术语“香料”用于表示随后从本文所公开的组合物中释放出的任何芳香材料。已知多种化合物用作香料用途，包括如醛、酮、醇和酯的材料。更一般地，已知包含各种化学组分的复合混合物的天然存在的植物和动物油以及渗出物用作香料。本文的香料在它们的组成上可以相对简单，或者可包含天然和/或合成化学组分的高度复杂的复合混合物，所有组分均选择用于提供所需的香味。典型的香料可包括例如包含稀有材料如檀木油、麝猫油和绿叶油的木质/土质基底。所述香料可具有轻度的花香(例如玫瑰提取物、紫罗兰提取物和丁香)。所述香料也可配制以提供所需的水果香味(例如酸橙、柠檬和橙)。可为芳香疗法效应选择本发明的组合物和制品中递送的香料，如提供松弛或爽快的情绪。因此，可使用释放出愉悦或换句话讲所期望的气味的任何合适的材料作为本发明组合物和制品中的香料活性物质。
颜料或染料可以是无机的、有机的、或它们的组合。预期的颜料和染料的具体示例包括颜料黄(C.I.14)、颜料红(C.I.48:3)、颜料蓝(C.I.15:4)、颜料黑(C.I.7)、以及它们的组合。具体的预期染料包括水溶性油墨着色剂如直接染料、酸性染料、碱性染料，以及多种溶剂可溶解的染料。示例包括但不限于FD&C蓝1(C.I.42090:2)、D&C红6(C.I.15850)、D&C红7(C.I.15850:1)、D&C红9(C.I.15585:1)、D&C红21(C.I.45380:2)、D&C红22(C.I.45380:3)、D&C红27(C.I.45410:1)、D&C红28(C.I.45410:2)、D&C红30(C.I.73360)、D&C红33(C.I.17200)、D&C红34(C.I.15880:1)、和FD&C黄5(C.I.19140:1)、FD&C黄6(C.I.15985:1)、FD&C黄10(C.I.47005:1)、D&C橙5(C.I.45370:2)、以及它们的组合。
预期的填料包括但不限于无机填料诸如例如镁、铝、硅和钛的氧化物。这些材料可作为廉价填料或加工助剂加入。可用作填料的其它无机材料包括水合硅酸镁、二氧化钛、碳酸钙、粘土、白垩、氮化硼、石灰石、硅藻土、云母、玻璃、石英和陶瓷。此外，可使用无机盐，包括碱金属盐、碱土金属盐、磷酸盐。另外，还可将醇酸树脂加入到所述组合物中。醇酸树脂可包含多元醇、多元酸或酸酐、和/或脂肪酸。
其它预期的添加剂包括热塑性聚合物的成核剂和澄清剂。适用于例如聚丙烯的具体示例为苯甲酸和衍生物(例如苯甲酸钠和苯甲酸锂)、以及高岭土、滑石和甘油锌。二亚苄基山梨醇(DBS)是可使用的澄清剂的示例。可使用的其它成核剂为有机羧酸盐、磷酸钠和金属盐(例如二苯甲酸铝)。在一个方面，可加入20份每一百万份(20ppm)至20,000ppm，或200ppm至2000ppm，或1000ppm至1500ppm范围内的成核剂或澄清剂。可利用加入成核剂来改善最终组合物的拉伸和冲击性能。
预期的表面活性剂包括阴离子表面活性剂、两性表面活性剂、或阴离子表面活性剂与两性表面活性剂的组合、以及它们的组合，诸如例如美国专利3,929,678和4,259,217以及EP 414 549、WO93/08876和WO93/08874中公开的表面活性剂。
预期的纳米颗粒包括金属、金属氧化物、碳的同素异形体、粘土、有机改性粘土、硫酸盐、氮化物、氢氧化物、氧基/氢氧化物、粒状水不溶性聚合物、硅酸盐、硫酸盐和碳酸盐。示例包括二氧化硅、炭黑、石墨、石墨烯、富勒烯、膨胀石墨、碳纳米管、滑石、碳酸钙、膨润土、蒙脱石、高岭土、甘油锌、二氧化硅、铝硅酸盐、氮化硼、氮化铝、硫酸钡、硫酸钙、氧化锑、长石、云母、镍、铜、铁、钴、钢、金、银、铂、铝、钙硅石、氧化铝、氧化锆、二氧化钛、氧化铈、氧化锌、氧化镁、氧化锡、铁氧化物(Fe2O3、Fe3O4)、以及它们的混合物。纳米颗粒可增加本文所公开组合物的强度、热稳定性、和/或耐磨性，并且可赋予组合物电性能。
预期的抗静电剂包括已知提供防静电有益效果的织物柔软剂。这些可包括具有脂肪酰基的那些织物软化剂，其具有大于20的碘值，诸如N,N-二(牛油酰-氧基-乙基)-N,N-二甲基甲基硫酸铵。
在具体的方面，填料可包括可再生填料。这些可包括但不限于脂质(例如，氢化大豆油、氢化蓖麻油)、纤维素(例如，棉花、木材、大麻、纸板)、木质素、竹子、稻草、草、洋麻、纤维素纤维、甲壳质、脱乙酰壳多糖、亚麻、角蛋白、藻类填料、天然橡胶、纳米晶淀粉、纳米晶纤维素、胶原蛋白、乳清、谷蛋白、以及它们的组合。
VI.膜和其它制品
膜
本文所述的多层膜可使用在常规共挤出膜制造设备上生产膜的常规规程来加工。一般来讲，可使用流延或吹塑膜挤出方法将聚合物熔融加工成膜，所述方法均描述于AllanA.Griff的Plastics Extrusion Technology–第2版中(Van Nostrand Reinhold–1976)。
流延膜通过线型槽模挤出。一般来讲，将平坦的纤维网在通常用气刀冲击的大的移动的抛光金属辊(冷却辊)上冷却。所述纤维网快速冷却，从第一辊上剥离，通过一个或多个辅助辊，然后通过一组橡胶涂覆的牵拉或“拉伸(haul-off)”辊，并最终到达络筒机。在流延压印中，使熔融的膜通过包含压印图案的金属辊，其中橡胶背衬辊提供接触力。使熔体冷却并赋予压印图案。
在吹塑膜挤出中，将熔体向上挤出通过薄环形模具开口。该方法也称为管状膜挤出。将空气通过该模具的中心引入以吹胀该管体并使其伸展。因此形成移动的膜泡，通过内部空气压力、挤出速率和拉伸速度的同时控制使其保持处于恒定大小。膜的管体通过将空气通过围绕该管体的一个或多个冷却环吹入而加以冷却。该管体接着通过以一对牵引辊将其拉入展平框并进入络筒机而塌缩。吹塑膜方法的衍生物包括允许更大取向的双重膜泡和三重膜泡。
共挤出方法需要多于一台挤出机以及共挤出送料区块或多歧管模具系统或两者的组合，以获得多层膜结构。以引用方式并入本文的美国专利4,152,387和4,197,069公开了共挤出的送料区块和多歧管模具原理。将多个挤出机连接于送料区块，其可使用可移动分流器以成比例地改变各个流动通道的几何形状，其直接关联于通过该流动通道的聚合物的体积。流动通道经设计使得在它们的汇合点，材料以相同的速度和压力流动到一起，从而使界面应力和流动不稳定性最小。一旦材料汇合于送料区块中，它们即作为复合结构流入单一的歧管模具中。送料区块和模具系统的其它示例公开于据此以引用方式并入本文的Extrusion Dies for Plastics and Rubber,W.Michaeli,Hanser,New York，第2版，1992中。在此类方法中可为重要的是，熔体粘度、法向应力差异以及材料熔融温度不相差过大。换句话讲，层封装或流动不稳定性可能导致模具引起层厚度分布的较差控制和来自多层膜中的非平面界面的缺陷(例如鱼眼)。
送料区块共挤出的替代是多歧管或叶片模具，如美国专利4,152,387、4,197,069和4,533,308中所公开，其以引用方式并入本文。在所述送料区块系统中熔融流(meltstream)在外部并且在进入模具主体之前进行合并，而在多歧管或叶片模具中各个熔融流在模具中具有其自身的歧管，聚合物在其中独立地在其各自的歧管内伸展。所述熔融流在模具出口附近合并，各个熔融流均处于完全的模具宽度。可移动的叶片提供了各个流动通道出口的可调节性，其与流经其的材料体积成正比，这使所述熔体以相同的速度、压力和所需宽度进行合流。
因为聚合物的熔融流特征和熔融温度广泛变动，叶片模具的使用具有多个益处。所述模具给予自身热分离特征，其中可将熔融温度差别很大(例如高达175℉(80℃))的聚合物在一起加工。
可针对具体聚合物设计和定制叶片模具中的各歧管。因此，各聚合物的流动仅受其歧管设计的影响，而不受其它聚合物所施加的力的影响。这实现了将熔融粘度差别很大的材料共挤出成为多层膜。此外，所述叶片模具还提供了定制单个歧管宽度的能力，从而使内部层可完全地被外层环绕而不留下暴露边缘。送料区块系统和叶片模具可用于实现更复杂的多层结构。
可使用各种技术将表层、接合层和芯微层化。在微层化过程中，由于小尺寸的层厚度，界面特性占主要地位。来自Nordson/EDI或Cloeren的微层化系统是用于完成微层化的示例性工艺。在优选的实施方案中，表层/接合层组合是加倍的，而芯保持为未加倍的一个宏层。
用于生产本发明的5层结构的另一装置是通过基于层压的技术。可首先将包含生物聚合物的芯层取向和/或印刷。然后在芯层的两侧涂布厚的富含聚烯烃的表层。可使用水性或基于溶剂的粘合剂接合层在层压过程中附接各种层。另外，可使用挤出层压来粘附层，其中层压粘合剂在化学上类似于先前讨论的可挤出接合层。另外，可使用挤出和层压的任何组合来产生期望的结构。
如本文所公开的膜可成型为适用作吸收制品中的顶片的流体可透过的纤维网。如下文所述，流体可透过的纤维网有利地通过宏观膨胀如本文所公开的膜来形成。流体可透过的纤维网包含多个大孔、微孔或两者。与通过如本领域所已知的方法诸如压印或穿孔(例如，使用具有多个针的辊)开孔的纤维网相比，大孔和/或微孔赋予流体可透过的纤维网消费者期望的纤维状或布状外观。本领域技术人员应认识到，此类向膜提供孔的方法也可用于向如本文所公开的膜提供孔。尽管流体可透过的纤维网在本文描述为用于吸收制品的顶片，但是本领域的普通技术人员将认识到，这些纤维网具有其它用途，诸如绷带、农业覆盖物、以及其中希望通过表面管理流体流动的类似用途。
可通过以下方式形成大孔和微孔：向膜的一个表面施加由水等组成的高压流体射流，有利地同时邻近膜的相反表面施加真空。一般来讲，将膜支撑在具有相反表面的成形结构的一个表面上。成形结构设置有多个孔，通过所述孔将相反表面布置成彼此流体连通。虽然成形结构可为固定的或移动的，示例性执行方式使用成形结构作为连续工序的一部分，其中膜具有行进方向并且成形结构在行进方向上承载膜同时支撑膜。流体射流和有利地真空配合以提供跨膜厚度的流体压力差，从而导致膜被推压成与成形结构贴合并且在与成形结构中的孔重合的区域中破裂。
膜顺序经过两个成形结构。第一成形结构具有多个精细规格的孔，在暴露于前述流体压力差时，所述孔导致在膜的纤维网中形成微孔。第二成形结构表现出由多个宏观横截面孔限定的宏观的三维横截面。在暴露于第二流体压力差时，膜基本上贴合于第二成形结构，同时基本上保持精细规格的孔的完整性。
此类开孔方法称为“液压成形”并且更详细地描述于美国专利4,609,518；4,629,643；4,637,819；4,681,793；4,695,422；4,778,644；4,839,216；以及4,846,821中。
开孔纤维网也可通过诸如真空成形的方法以及使用诸如冲压的机械方法形成。真空成形公开于美国专利4,463,045中。机械方法的示例公开于美国专利4,798,604、4,780,352和3,566,726中。
还设想了本文所述的膜的变体。例如，以引用方式并入本文的美国专利申请序列号61/991,923，“Microtextured Films with Improved Tactile Impression”(P&G案号13349P，2014年5月12日提交)中公开的柔软膜表层可代替本发明的一个或多个表层，或者可结合本发明的一个或多个表层使用。
制品
本文所述的多层膜可用于多种目的，包括但不限于包装材料或结合到吸收制品中。吸收制品的一些示例包括但不限于尿布、训练裤、成人失禁产品、卫生护垫、棉塞、女性卫生护垫、薄纸以及擦拭物。
在一些实施方案中，本文所述的多层膜可结合到吸收制品中，所述吸收制品包括顶片、底片、以及至少部分地定位在顶片与底片之间或中间的吸收芯。本文所述的多层膜可用于形成顶片和/或底片的至少一部分。顶片的至少一部分可为液体可透过的，而底片为液体不可透过的，或至少基本上液体不可透过的。顶片是直接与穿着者的皮肤接触的吸收制品的一部分。顶片可接合到底片、芯和/或本领域已知的任何其它层上。通常顶片和底片在一些位置中彼此直接接合(例如在制品周边或靠近制品周边处)，并且通过在其它位置使它们直接接合吸收制品的一个或多个其它元件，从而间接接合在一起。底片通常是吸收制品邻接吸收芯的朝向衣服表面定位的那一部分并且其防止或至少抑制其中所吸收和容纳的渗出物弄脏制品诸如床单和内衣。吸收制品的一些示例描述于USPN 2015/0065981；3,860,003；5,221,274；5,554,145；5,569,234；5,580,411以及6,004,306中。
VIII.方法
层厚度和厚度体积
多层膜的总体厚度可使用ISO 4593:1993，Plastics–Film and sheeting–Determination of thickness by mechanical scanning中阐述的方法进行测量。
可对层厚度进行估计或测量。对于估计，通过质量速率反馈控制每个挤出机的进料速率。由每个层的固相密度，输入挤出机质量进料速率可转化为每个层的体积进料速率，其可用于测定输入层比率。只要层在挤出时产生均匀的厚度，这种计算就是有效的。
另选地，厚度可使用光学装置直接测量。首先将膜安装到特殊的夹具中，所述夹具限制膜的移动并且使得能够获得在CD上的非常薄的材料片。使用切片机刀片实现裁切并且使用液氮冷却样本。在切割之后，将样本安装到光学显微镜的载物台上。在～70％的穿过样本的透射光和30％反射光的情况下操作显微镜。使用Motic软件采集层的图像，所述软件已使用测量标准进行校准。由Motic软件校准计算每个层的厚度。
机械特性
断裂应力、10％应力和延展性根据ASTM方法D882(塑料薄片的拉伸特性的标准测试方法)进行测量。拉伸测试可使用具有100N负荷传感器的MTS Systems CorporationSynergie 400仪器或等效的拉伸实验机进行。对于实施例，根据ASTM D882，以25.4cm/min的十字头速度和5cm的计量长度对测试样本进行牵拉。记录并以SI单位报道在断裂和2％正割模量下的张力。可使用上文所述的标准拉伸测试方法对多层膜的机械性能(包括极限拉伸强度、断裂伸长率以及10％伸长应力)定量。在一些实施方案中，尤其是在MD方向上，多层膜可具有至少20Mpa的断裂应力、至少10MPa的10％应力、以及至少200％的延展性。在CD方向上，多层膜可具有至少20Mpa的断裂应力、至少10MPa的10％应力、以及至少200％的延展性。
VIII.实施例
下列实施例进一步描述和说明了在本发明范围内的具体执行方式。给出这些实施例仅为了说明性目的，不可理解为是对本发明的限制，因为在不脱离本发明的实质和范围的情况下，它们的许多变型也是可能的。成分可由化学名来确定，或换句话讲如下限定。
表1
在具有24L:D的1英寸Merritt Davis挤出机上制备包含100重量％NatureWorks4042D的比较例#1。将原材料(通常呈粒料形式)作为物理混合的共混物进料到料斗中。将材料通过挤出机熔融混合并泵送至下游膜模具。将挤出机附接至具有750微米的无压力唇部设置的25cm EDI衣架式模具。将所得的挤出物浇铸到在30摄氏度下操作的镀铬冷却辊上，超过4"熔帘。挤出物冷却以产生最终膜形式，所述膜被连续缠绕到75mm芯上。
根据以下制备比较例#2和#3以及实施例1-4：使用Dr.Collin BL 180/400吹塑膜生产线生产膜。模具直径为60mm，其中模头间隙为1.5mm。基于被挤出通过每个薄饼(pancake)的材料设定模具温度。
对于比较例#2：使用以下挤出机组合：将三个单螺杆挤出机连接至3层薄饼型模具。进给内部表层的挤出机A是具有Maddock尖端的25mm螺杆。进给芯层的挤出机B是具有Maddock尖端的30mm螺杆。进给外部表层的挤出机C是具有Maddock尖端的30mm螺杆。
根据以下制备比较例#3和实施例1-4：将五个单螺杆挤出机连接至5层薄饼型模具。进给内部表层的挤出机A是具有Maddock尖端的30mm螺杆。进给最靠近内部表层的接合层的挤出机B是20mm GP螺杆。进给芯层的挤出机C是具有Maddock尖端的30mm挤出机。进给最靠近外部表层的接合层的挤出机D是20mm GP螺杆。进给外部表层的挤出机E是具有Maddock尖端的25mm螺杆。
对于所生产的所有膜，通过模具的标称吞吐量设置在15kg/hr左右(每个挤出机被调节以提供目标层比率)。生产线速度通常被调节介于10和30m/min之间，以实现50微米的目标膜厚度。吹胀比(BUR)保持恒定介于2.2和2.4之间。使用Dr.Collin BL 180/400高速鼓风机设置将气流设置在50％和100％之间。将膜收集到75mm锥形筒子(winding cone)上并使其在机械测试之前老化一天。
配方信息：
比较例#2：将100％Dowlex 2045G装载到挤出机A、B和C的料斗中。调节挤出机输出，使得A和C各自供应～15kg/hr的总进料速率的20体积％。调节B的挤出机输出以实现剩余的60体积％。设定挤出机中的区域温度，使得对于每个挤出机，实现～230C的出口熔体温度。生产线以～13m/min操作，以在2.2BUR下实现目标50微米膜。模具温度和相关薄饼均设定为230C。
比较例#3：将70％Dowlex 2045G和30％Dowlex 2027装载到挤出机A、B、C、D和E的料斗中。调节挤出机输出，使得A、B、D和E各自供应～15kg/hr的总进料速率的10体积％。调节B的挤出机输出以实现剩余的60体积％。设定挤出机中的区域温度，使得对于每个挤出机，实现～230C的出口熔体温度。生产线以～13m/min操作，以在2.2BUR下实现目标50微米膜。模具温度和相关薄饼均设置为230C。
实施例#1：将94.5重量％Dowlex 2045G和5.5重量％Ampacet 110359-C装载到表层挤出机A和E的料斗中。设置挤出机A和E的输出，以对于总的80体积％表层，对于每个表层产生40％的体积比。设置温度，使得离开的熔体温度在220C左右。挤出机B和D装载有100％Mitsui SF600并且设置输出，使得每个接合层挤出机产生5体积％并且出口熔体温度为200C。挤出机C装载有99重量％NatureWorks 4042D和1重量％Clarient CESA Extend#，其中挤出机输出需要在芯中产生10体积％并且出口熔体温度为190C。将挤出机输出调节为～15kg/hr。生产线以～13m/min操作，以在2.2BUR下实现目标50微米膜。模具和所有五个薄饼均在200C下操作。
实施例#2：将93.5重量％Dowlex 2045G和6.5重量％Ampacet 110359-C装载到表层挤出机A和E的料斗中。设置挤出机A和E的输出，以对于总的70体积％表层，对于每个表层产生35％的体积比。设置温度，使得离开的熔体温度在220C左右。挤出机B和D装载有100％Mitsui SF600并且设置输出，使得每个接合层挤出机产生5体积％并且出口熔体温度为200C。挤出机C装载有99重量％NatureWorks 4042D和1重量％Clarient CESA Extend#，其中挤出机输出需要在芯中产生20体积％并且出口熔体温度为190C。将挤出机输出调节为～15kg/hr。生产线以～13m/min操作，以在2.2BUR下实现目标50微米膜。模具和所有五个薄饼均在200C下操作。
实施例#3(3B5-9)：将93.0重量％Dowlex 2045G和7.0重量％Ampacet 110359-C装载到表层挤出机A和E的料斗中。设置挤出机A和E的输出，以对于总的70体积％表层，对于每个表层产生35％的体积比。设置温度，使得离开的熔体温度在220C左右。挤出机B和D装载有100％Mitsui SF600并且设置输出，使得每个接合层挤出机产生5体积％并且出口熔体温度为200C。挤出机C装载有89重量％NatureWorks 4043D、10重量％Riken PL-012和1重量％Clarient CESA Extend，其中挤出机输出需要在芯中产生20体积％并且出口熔体温度为190C。将挤出机输出调节为～15kg/hr。生产线以～13m/min操作，以在2.2BUR下实现目标50微米膜。模具和所有五个薄饼均在200C下操作。
实施例#4(3B5-12)：将93.5重量％Dowlex 2045G和6.5重量％Ampacet 110359-C装载到表层挤出机A和E的料斗中。设置挤出机A和E的输出，以对于总的70体积％表层，对于每个表层产生35％的体积比。设置温度，使得离开的熔体温度在220C左右。挤出机B和D装载有50重量％Mitsui SF600和50重量％NatureWorks 4043D，并且设置输出，使得每个接合层挤出机产生10体积％并且出口熔体温度为200C。挤出机C装载有99重量％NatureWorks4043D和1重量％Clarient CESA Extend#，其中挤出机输出需要在芯中产生10体积％并且出口熔体温度为190C。将挤出机输出调节为～15kg/hr。生产线以～13m/min操作，以在2.2BUR下实现目标50微米膜。模具和所有五个薄饼均在200C下操作。
如表1所示，包含12％-25重量％PLA作为薄芯层的组合物产生具有PO样膜特征的膜。值得注意的是，在MD和CD两个方向上的延展性在PLA水平增加时降低，但是最高至约25重量％PLA作为薄芯层时仍是可接受的。在保持其它关键量度的可接受的值的同时10％应力的改善允许膜降低规格(厚度减小)，这可进一步促进可持续性和/或成本节约。其次，本发明的膜允许可接受的性能，同时实现增加的可持续性和在需要更高刚度的应用中潜在的规格降低。
可通过改变接合层的量和化学品控制层粘合的程度。甚至可将接合层移除，以实现易于分层的膜(基本上3层共挤出，其中芯层包含按芯组合物的重量计大于95重量％的PLA)。
本文所公开的量纲和值不应理解为严格限于所引用的精确值。相反，除非另外指明，否则每个这样的量纲旨在表示所述值以及围绕该值功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。
应当理解在本说明书中给出的每一最大数值限度包括每一更低数值限度，如同此类更低数值限度在本文中明确写出一样。应当理解在本说明书中给出的每一最小数值限度将包括每一更高数值限度，如同此类更高数值限度在本文中明确写出一样。本说明书中给出的每一数值范围将包括落入此类更宽数值范围内的每一更窄数值范围，如同此类更窄数值范围全部在本文中明确写出一样。
具体实施方式中所有引用文献的相关部分以引用方式并入本文；任何文献的引用不可解释为对其作为本发明的现有技术的认可。当本发明中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文件中相同术语的任何含义或定义矛盾时，应当服从在本发明中赋予该术语的含义或定义。
虽然已经举例说明和描述了本发明的具体实施方案，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的实质和范围的情况下可做出多个其它改变和修改。因此，本文旨在所附权利要求中涵盖属于本发明范围内的所有这些改变和修改。
Claims (56)
1.一种多层膜，所述多层膜包括至少5个层并且具有10微米至100微米的总厚度，其中所述多层膜包括：
(a)第一外层，所述第一外层包含按重量计75％至100％的一种或多种聚烯烃；
(b)第一接合层，所述第一接合层包含按所述第一接合层的重量计5％至100％的一种或多种官能化聚烯烃；
(c)芯层，所述芯层包含按所述芯层的重量计75％至100％的聚乳酸，其中所述多层膜具有总体积并且所述芯层构成所述多层膜的总体积的5％至25％；
(d)第二接合层，所述第二接合层包含按第二接合层的重量计5％至100％的一种或多种官能化聚烯烃；以及
(e)第二外层，所述第二外层包含按所述第二外层的重量计75％至100％的一种或多种聚烯烃；并且
其中所述第一接合层设置在所述第一外层和所述芯层之间，所述第二接合层设置在所述芯层和所述第二外层之间。
2.根据权利要求1所述的多层膜，所述多层膜具有10微米至50微米的总厚度。
3.根据权利要求1所述的多层膜，所述多层膜具有15微米至25微米的总厚度。
4.根据权利要求1所述的多层膜，所述第一外层包含按重量计85％至100％的一种或多种聚烯烃。
5.根据权利要求1所述的多层膜，所述第一外层包含按重量计90％至100％的一种或多种聚烯烃。
6.根据权利要求1所述的多层膜，所述第一外层包含按重量计95％至100％的一种或多种聚烯烃。
7.根据权利要求1所述的多层膜，所述第一接合层包含按所述第一接合层的重量计30％至70％的一种或多种官能化聚烯烃。
8.根据权利要求1所述的多层膜，所述第一接合层包含按所述第一接合层的重量计45％至55％的一种或多种官能化聚烯烃。
9.根据权利要求1所述的多层膜，所述芯层包含按所述芯层的重量计80％至100％的聚乳酸。
10.根据权利要求1所述的多层膜，所述芯层包含按所述芯层的重量计90％至100％的聚乳酸。
11.根据权利要求1所述的多层膜，所述芯层包含按所述芯层的重量计95％至100％的聚乳酸。
12.根据权利要求1所述的多层膜，所述多层膜具有总体积并且所述芯层构成所述多层膜的总体积的5％至20％。
13.根据权利要求1所述的多层膜，所述多层膜具有总体积并且所述芯层构成所述多层膜的总体积的7％至15％。
14.根据权利要求1所述的多层膜，所述第二接合层包含按第二接合层的重量计30％至70％的一种或多种官能化聚烯烃。
15.根据权利要求1所述的多层膜，所述第二接合层包含按第二接合层的重量计45％至55％的一种或多种官能化聚烯烃。
16.根据权利要求1所述的多层膜，所述第二外层包含按所述第二外层的重量计85％至100％的一种或多种聚烯烃。
17.根据权利要求1所述的多层膜，所述第二外层包含按所述第二外层的重量计90％至100％的一种或多种聚烯烃。
18.根据权利要求1所述的多层膜，所述第二外层包含按所述第二外层的重量计95％至100％的一种或多种聚烯烃。
19.根据权利要求1所述的多层膜，其中所述第一接合层和所述第二接合层基本上由所述一种或多种官能化聚烯烃组成。
20.根据权利要求1-19中任一项所述的多层膜，其中所述第一外层的所述一种或多种聚烯烃包括聚乙烯或聚乙烯的共混物。
21.根据权利要求1-19中任一项所述的多层膜，其中所述第一外层的所述一种或多种聚烯烃包括聚乙烯或聚乙烯的共混物，具有小于0.93g/cm3的平均密度。
22.根据权利要求1-19中任一项所述的多层膜，其中所述第二外层的所述一种或多种聚烯烃包括聚乙烯或聚乙烯的共混物。
23.根据权利要求1-19中任一项所述的多层膜，其中所述第二外层的所述一种或多种聚烯烃包括聚乙烯或聚乙烯的共混物，具有小于0.93g/cm3的平均密度。
24.根据权利要求中1-19任一项所述的多层膜，其中所述多层膜的特征在于以下在MD方向上的拉伸特性：
(a)根据ASTM D882大于20MPa的断裂应力；和/或
(b)根据ASTM D882大于10MPa的10％应力；和/或
(c)根据ASTM D882大于200％的延展性。
25.根据权利要求中1-19任一项所述的多层膜，其中所述多层膜的特征在于以下在MD方向上的拉伸特性：
(a)根据ASTM D882 20MPa至100MPa的断裂应力；和/或
(b)根据ASTM D882 10MPa至50MPa的10％应力；和/或
(c)根据ASTM D882 200％至900％的延展性。
26.根据权利要求1-19中任一项所述的多层膜，其中所述多层膜的特征在于以下在CD方向上的拉伸特性：
(a)根据ASTM D882大于20MPa的断裂应力；和/或
(b)根据ASTM D882大于10MPa的10％应力；以及
(c)根据ASTM D882大于200％的延展性。
27.根据权利要求1-19中任一项所述的多层膜，其中所述多层膜的特征在于以下在CD方向上的拉伸特性：
(a)根据ASTM D882 20MPa至100MPa的断裂应力；和/或
(b)根据ASTM D882 10MPa至50MPa的10％应力；以及
(c)根据ASTM D882 200％至900％的延展性。
28.一种多层膜，所述多层膜包括至少3个层并且具有10微米至100微米的总厚度，其中所述多层膜包括：
(a)第一外层，所述第一外层包含按重量计75％至100％的一种或多种聚烯烃；
(b)芯层，所述芯层包含按所述芯层的重量计95％至100％的聚乳酸，其中所述多层膜具有总体积并且所述芯层构成所述多层膜的所述总体积的5％至20％，；
(c)第二外层，所述第二外层包含按所述第二外层的重量计75％至100％的一种或多种聚烯烃；并且
其中所述芯层设置在所述第一外层和所述第二外层之间。
29.根据权利要求28所述的多层膜，多层膜具有10至50微米的总厚度。
30.根据权利要求28所述的多层膜，多层膜具有15至25微米的总厚度。
31.根据权利要求28所述的多层膜，所述第一外层包含按重量计85％至100％的一种或多种聚烯烃。
32.根据权利要求28所述的多层膜，所述第一外层包含按重量计90％至100％的一种或多种聚烯烃。
33.根据权利要求28所述的多层膜，所述第一外层包含按重量计95％至100％的一种或多种聚烯烃。
34.根据权利要求28所述的多层膜，所述芯层包含按所述芯层的重量计98％至100％的聚乳酸。
35.根据权利要求28所述的多层膜，其中所述多层膜具有总体积并且所述芯层构成所述多层膜的所述总体积的7％至20％。
36.根据权利要求28所述的多层膜，其中所述多层膜具有总体积并且所述芯层构成所述多层膜的所述总体积的7％至15％。
37.根据权利要求28所述的多层膜，所述第二外层包含按所述第二外层的重量计85％至100％的一种或多种聚烯烃。
38.根据权利要求28所述的多层膜，所述第二外层包含按所述第二外层的重量计90％至100％的一种或多种聚烯烃。
39.根据权利要求28所述的多层膜，所述第二外层包含按所述第二外层的重量计95％至100％的一种或多种聚烯烃。
40.根据权利要求28所述的多层膜，其中所述第一外层和所述第二外层中的一者还包含按所述外层的重量计至少20％的官能化聚烯烃。
41.一种多层膜，所述多层膜包括至少4个层并且具有10微米至100微米的总厚度，其中所述多层膜包括：
(a)第一外层，所述第一外层包含按重量计75％至100％的一种或多种聚烯烃；
(b)第一接合层，所述第一接合层包含按所述第一接合层的重量计5％至100％的一种或多种官能化聚烯烃；
(c)芯层，所述芯层包含按所述芯层的重量计95％至100％的聚乳酸，其中所述多层膜具有总体积并且所述芯层构成所述多层膜的所述总体积的5％至20％；
(d)第二外层，所述第二外层包含按所述第二外层的重量计75％至100％的一种或多种聚烯烃；并且
其中所述芯层设置在所述第一外层和所述第二外层之间。
42.根据权利要求41所述的多层膜，其中所述多层膜具有10至50微米的总厚度。
43.根据权利要求41所述的多层膜，其中所述多层膜具有15至25微米的总厚度。
44.根据权利要求41所述的多层膜，其中所述第一外层包含按重量计85％至100％的一种或多种聚烯烃。
45.根据权利要求41所述的多层膜，其中所述第一外层包含按重量计90％至100％的一种或多种聚烯烃。
46.根据权利要求41所述的多层膜，其中所述第一外层包含按重量计95％至100％的一种或多种聚烯烃。
47.根据权利要求41所述的多层膜，其中所述第一接合层包含按所述第一接合层的重量计30％至70％的一种或多种官能化聚烯烃。
48.根据权利要求41所述的多层膜，其中所述第一接合层包含按所述第一接合层的重量计45％至55％的一种或多种官能化聚烯烃。
49.根据权利要求41所述的多层膜，其中所述芯层包含按所述芯层的重量计98％至100％的聚乳酸。
50.根据权利要求41所述的多层膜，其中所述多层膜具有总体积并且所述芯层构成所述多层膜的所述总体积的7％至20％。
51.根据权利要求41所述的多层膜，其中所述多层膜具有总体积并且所述芯层构成所述多层膜的所述总体积的7％至15％。
52.根据权利要求41所述的多层膜，所述第二外层包含按所述第二外层的重量计85％至100％的一种或多种聚烯烃。
53.根据权利要求41所述的多层膜，所述第二外层包含按所述第二外层的重量计90％至100％的一种或多种聚烯烃。
54.根据权利要求41所述的多层膜，所述第二外层包含按所述第二外层的重量计95％至100％的一种或多种聚烯烃。
55.根据权利要求41所述的多层膜，其中所述第二外层还包含按所述第二外层的重量计至少20％的官能化聚烯烃。
56.一种吸收制品，所述吸收制品包括顶片、接合至所述顶片的底片以及至少部分地定位在所述顶片和所述底片之间的吸收芯，其中所述底片由根据前述权利要求中任一项所述的多层膜形成。
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