專利名稱：由水分散體制備的可熱密封的組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及用于熱密封組合物的水分散體以及分散組合物。
背景技術(shù)：
由分散體制成的涂層的一種特殊用途是在包裝和儲藏容器中的應(yīng)用。為 了應(yīng)用，需要應(yīng)用性能的平衡，例如，需要低的熱密封引發(fā)溫度(heat seal initiation temperature)、高的高溫粘著強度(hot tack strength)、寬的熱密封窗 口(hot sealing window)、好的中間層粘附性以及高的軟化點。
平衡的熱密封性能的商業(yè)重要性是公知的。那就是，低的熱密封引發(fā)溫 度對于提高密封速度和降低能量消耗是非常重要的。寬的熱密封窗口對于確 保包裝的完整性、密封設(shè)備的柔韌性(sealing equipment flexibility)和低的封裝 泄露率是很重要的。
美國專利6，852，792和5，419，960公開了用于配制可熱密封的化合物的 現(xiàn)有技術(shù)的組合物。這些專利在此一并被全部引用作為參考。
好的中間層粘附性對于好的包裝完整性、好的包裝或容器美觀也都是重 要的。在高溫下對物品進行包裝時(如在熱灌裝中的應(yīng)用)需要高的軟化點 或溫度。傳統(tǒng)上，當要試圖達到平衡的密封性能時， 一種特定樹脂性能的提 高需要另一種重要性能的一些犧牲。
例如，對于乙烯基-a烯烴聚合物，低的熱密封引發(fā)溫度一般是通過增加
樹脂的共聚單體的含量而達到的。相反的，高的維卡軟化點和低水平的正已 垸萃取物一般是通過降低樹脂的共聚單體的含量而達到的。因此，降低熱密 封引發(fā)溫度一般會成比例地降低維卡軟化溫度和成比例地提高萃取的水平。
己經(jīng)轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的US 5,874,139在此被全部引用作為參考，該專利 提供了聚烯烴在包裝應(yīng)用中的 一般性的闡述。
一些重要的多層包裝和存儲結(jié)構(gòu)由聚丙烯層，特別是一個雙軸取向的聚 丙烯均聚物(BOPP)基底層或核心層組成。通常，BOPP結(jié)構(gòu)利用聚丙烯共 聚物和三元共聚物作為密封材料(和/或粘結(jié)層)以確保中間層對BOPP基底 層具有好的粘附性。雖然聚丙烯共聚物和三元共聚物確實提供了好的中間層 對基底層粘附性以及好的熱密封強度性能，但是這些共聚物和三元聚合物有 時會表現(xiàn)出不理想的高的熱密封引發(fā)溫度。
其它材料也已經(jīng)被用作用于多層包裝和存儲結(jié)構(gòu)的密封材料。然而，一 般地，己知的密封材料不能提供理想的全部性能的平衡和/或轉(zhuǎn)換器和封裝機 需要的加工柔韌性(process flexibility)。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，此處公開的實施方式是關(guān)于一種分散體，該分散體含有(A) 乙烯-酸共聚物；(B)中和劑;和(C)水，其中，所述中和劑的存在量足以中 和組分(A)中的80重量％以上的羧基。
另一方面，此處公開的實施方式是關(guān)于一種分散體，該分散體含有(A) 乙烯-酸共聚物；(B) pKa為10以上的強堿；和(C)水，其中，所述強堿 是唯一的中和劑，該強堿的存在量足以中和組分(A)中55重量％以上的的 羧基。
又一方面，本發(fā)明是關(guān)于乙烯丙烯酸或甲基丙烯酸共聚物水分散體，該 水分散體含有20重量％以上的固體，55重量％以上被中和，粘度為1000cps
以下，該水分散體是通過用強堿(pKa為10以上)直接中和而制備的，而 在制備的任何步驟中不需要使用弱堿。
下面的描述和隨附的權(quán)利要求將表明本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點。


圖1表示一種可以用于本發(fā)明的實施方式的配制分散體的擠出機。 圖2通過圖表比較了本發(fā)明的實施方式公開的涂層樣品和對比涂層樣品
的熱密封強度隨熱密封溫度的變化。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施方式是關(guān)于水分散體和由水分散體制備的組合物，該水分 散體可用作可熱密封的組合物。本發(fā)明的實施方式中使用的分散體含有水，
(A)乙烯-酸共聚物，和(B)中和劑，其中，所述中和劑的存在量足以中
和組分(A)中的80重量％以上的羧基。下面將對此進行更詳細的描述。
基礎(chǔ)聚合物
按照本發(fā)明，設(shè)置一個涂層，其中，在基底(如聚合物膜，例如，取向 聚丙烯)上涂覆含有共聚物的組合物，例如，以聚合物的重量為基準，約65-95 重量％的乙烯和5-35重量％的丙烯酸或甲基丙烯酸("乙烯-酸共聚物")，其 中，例如，約80重量％以上的羧基被元素周期表(CAS版本)中的Ia族、 IIa族、或者IIb族的金屬離子中和。
本發(fā)明所述的組合物中使用的乙烯-酸共聚物可以為共聚物，例如，乙 烯為約65-95重量％，優(yōu)選為約75-85重量％，丙烯酸(AA)或甲基丙烯酸 (MA)為約5-35重量％，優(yōu)選為約15-25重量％。該乙烯-酸共聚物的數(shù)均 分子量(Mn)可以為，例如，約2000-50000，優(yōu)選為約4000-10000。
該乙烯-酸共聚物可以以溶液或共聚物的氨鹽在氨水中的良好的分散體 的形式提供。當乙烯-酸共聚物干燥后，氨被揮發(fā)掉并電離，然后對水敏感 的羧基被轉(zhuǎn)化成大部分沒有電離的并且對水更不敏感的自由羧基。但是，在 其它實施方式中，可能在不存在任何氨的情況下發(fā)生中和。在本發(fā)明的實施 過程中，向所述溶液或乙烯-酸共聚物分散體中加入一定量的選自元素周期
表中的Ia族、IIa族或lib族中的至少一種金屬的離子，優(yōu)選為鈉離子、鉀 離子、鋰離子、鈣離子或鋅離子，更優(yōu)選為鈉離子，例如，以它們的氫氧化 物形式。這些金屬離子的用量可以在足以中和例如80重量％以上的、優(yōu)選 為約90-150重量％的共聚物中全部羧基的范圍內(nèi)。換句話說，在一些情況下 可以加入過量的強堿。在其它的實施方式中，加入的強堿的量可以足以中和 200重量％或更高。在其它的實施方式中，加入的強堿的量可以足以中和聚 合物中的55重量％、 60重量％、 65重量％、 70重量％、 75重量％、 85重量 %、 90重量％、 95重量％、 100重量％、 105重量％、 110重量％、 115重量％、 120重量％、 125重量％和135重量％的羧基。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些金屬離子的存在 會導致某些性能的提高，例如，摩擦系數(shù)(COF)、熱粘著性和阻力，而沒 有不可接受地犧牲其它的性質(zhì)，例如，低的最小密封溫度(MST)。
因此，本發(fā)明的實施方式使用部分到全部中和的乙烯-酸共聚物。如上 所述，用于本發(fā)明的實施方式的聚合物包括乙烯-丙烯酸(EAA)和乙烯-甲 基丙烯酸(EMA)共聚物，例如可得到的具有PRIMCORTM (Dow化學公司 的商標)，NUCRELtm (E.I. DuPont de Nemours的商標)和ESCOR (ExxonMobil的商標)商標的產(chǎn)品，并且在美國專利4,599,392、 4,988,781 和5,938,437中有描述，其中每個都在此處一并引用作為參考。其它的乙烯-羧酸共聚物也可以使用。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠意識到很多其它的聚合物也可 以使用。
中和劑
本發(fā)明的實施方式使用強堿作為中和劑。在一些實施方式中，強堿具有
10以上的pKa。在一些實施方式中，強堿包括金屬堿，其中，所述金屬選自 元素周期表中的Ia族、IIa族或IIb族中的至少一種金屬。在一些實施方式 中，中和劑可以是氫氧化鉀。在其它的實施方式中，根據(jù)本發(fā)明可以使用Ia 族的鹽作為強堿，例如碳酸鈉、硅酸鉀、磷酸鈉等等。
在特定的實施方式中，對基礎(chǔ)聚合物進行中和，使得80重量％以上的 可中和基團被中和。在其它的實施方式中，90-150重量％可以被中和。在其 它的實施方式中，加入的強堿的量可以足夠中和聚合物中的55重量％、 60 重量％、 65重量％、 70重量％、 75重量％、 85重量％、 90重量％、 95重量 %、 100重量％、 105重量％、 110重量％、 115重量％、 120重量％、 125重 量％、 135重量％的羧基。在一些實施方式中，為了達到更高的中和比例， 可以使用強堿的混合物，或者強堿和弱堿的混合物。另外，這里所述的"強 堿"指的是一種或多種pKa值為IO或更高的化合物。例如，對于EAA (乙 烯-丙烯酸共聚物)，中和劑可以是氫氧化鉀。其它的中和劑可以包括例如氫 氧化鋰或氫氧化鈉。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認識到，根據(jù)配制的特定組合物選 擇適當?shù)闹泻蛣⑶疫@種選擇是在本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識范圍內(nèi)的。
在其它的實施方式中，對基礎(chǔ)聚合物進行中和，使得55重量％以上的 可中和基團被中和。
在本發(fā)明的實施過程中可以使用額外的表面活性劑，所述表面活性劑包 括陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑或非離子表面活性劑。陰離子表面 活性劑的例子包括磺酸鹽、羧酸鹽和磷酸鹽。陽離子表面活性劑的例子包括 季銨鹽。非離子表面活性劑的例子包括嵌段共聚物，該嵌段共聚物包括環(huán)氧 乙垸和有機硅表面活性劑。在本發(fā)明的實施過程中使用的表面活性劑可以是 外部表面活性劑(external surfactant)或內(nèi)部表面活性劑(intemal surfactant)。外部表面活性劑是在分散體制備過程中不會通過化學反應(yīng)進入聚合物的表面 活性劑。此處所用的外部表面活性劑的例子包括十二垸基苯磺酸和十二烷基 磺酸。內(nèi)部表面活性劑是在分散體制備過程中會通過化學反應(yīng)進入聚合物的
表面活性劑。此處所用的內(nèi)部表面活性劑的例子包括2,2-二羥甲基丙酸和它 的鹽。
分散體的配制
在一種特定的實施方式中，EAA與水和金屬堿中和劑(如氫氧化鉀) 一起在擠出機中被熔融捏合(melt-kneaded)，形成分散體組合物。本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以認識到可以使用很多其它的金屬堿中和劑。
可以使用本領(lǐng)域公知的任何熔融捏合方法。在一些實施方式中，使用了 捏合機、BANBURY"昆合機、單螺桿擠出機或多螺桿擠出機。本發(fā)明的制 備分散體的方法沒有特別的限定。例如， 一種優(yōu)選的方法是一種包括將上述 的組合物根據(jù)美國專利5，756，659和6,455,636熔融捏合。這些專利在此一并 全部引用作為參考。
圖1表示一種可以用于本發(fā)明的實施方式的配制分散體的擠出機的示意 圖。擠出機20 (在某些實施方式中為雙螺桿擠出機)與后壓力調(diào)節(jié)器(back pressure regulator)、熔融泵、或齒輪泵30連接在一起。實施方式還提供了貯 堿池40和初始貯水池50，它們的每一個都包括一個泵(圖中未表示)。貯堿 池40和初始貯水池50分別以所需要的量提供堿和初始水?？梢允褂萌魏魏?適的泵，但是在一些實施方式中，使用在240bar的壓力下提供約150cc/min 的流量的泵，以將堿和初始水提供給擠出機20。在其它的實施方式中，使用 在200bar的壓力下提供300cc/min的流量或在133bar壓力下提供600cc/min 的流量的液體注入泵。在一些實施方式中，堿和初始水在預熱器中被預加熱。
球狀、粉末狀或片狀的樹脂從進料器80供入擠出機20的進口 90，在該
擠出機中樹脂被熔融或混合。在一些實施方式中，通過或連同樹脂一起加入
分散劑，在其它的實施方式中，單獨地向雙螺桿擠出機20中供入分散劑。 然后熔融樹脂從擠出機的混合和傳送區(qū)運送到擠出機的乳化區(qū)，通過入口 55 將來自貯池40和50的初始量的水和堿加入到該乳化區(qū)中。在一些實施方式 中，分散劑可以被額外地或?qū)ｉT地添加到水流中。在一些實施方式中，在擠 出機20的稀釋和冷卻區(qū)中，用從貯池60經(jīng)由入口 95進入的額外添加的水 將乳化的混合物進一步稀釋。 一般地，分散體在冷卻區(qū)中被稀釋至含有至少 30重量％的水。另外，被稀釋的混合物可以被任意次地稀釋直至得到所需要 的稀釋水平。在一些實施方式中，不將水加入到雙螺桿擠出機20中，而是 加入到含有從擠出機中排出的熔融后的熔融樹脂的流中。用這種方式，消除 了擠出機20中的形成的蒸汽壓。
優(yōu)選地，在特定的實施方式中，通過使用擠出機可以將基礎(chǔ)聚合物和穩(wěn) 定劑在單一的過程中混合來形成分散體。同樣，優(yōu)選地，通過使用一種或多 種上述穩(wěn)定劑，分散體是關(guān)于這種添加劑穩(wěn)定的。
但是，在本發(fā)明的其它實施方式中，可以使用其它用于制作分散體的技 術(shù)。特別地，在特定的實施方式中，分散體的組分可以被置于一個加工槽中， 并加熱來制備分散體。在本發(fā)明的實施方式中，該分散體可以具有1000cP 以下的(RV3轉(zhuǎn)子，2L5。C， 50rpm)的布氏粘度。在其它的實施方式中， 粘度可以為約500cP以下。在特定的實施方式中，總固體荷載量(即基礎(chǔ)聚 合物、強堿和添加劑的和)可以為約20重量％以上。在其它的實施方式中， 固體荷載可以為約25重量％以上。
添加劑
除了部分被中和的乙烯-酸共聚物外，本發(fā)明的涂層還可以含有作為防 結(jié)塊劑(anti-blocking agent)的粒子尺寸相對較大的微晶蠟。該微晶蠟在涂
層中的存在量可以為，例如，相對于每一百份基礎(chǔ)聚合物，微晶蠟為2到12 份，優(yōu)選為3到5份，其中，蠟顆粒的平均尺寸范圍為，例如，約0.1到0.6 微米，優(yōu)選為約0.12到0.30微米。
除了作為防結(jié)塊材料的功能，本發(fā)明的涂層中含有的微晶蠟還有提高涂 層的"冷滑動"性能的功能，就是說，在室溫下涂層的表面有令人滿意的滑 動能力。
本發(fā)明中的涂層還可以含有霧化二氧化硅，以進一步降低室溫下涂層的 粘性。該霧化二氧化硅是由更小的顆粒結(jié)成塊形成的顆粒組成的，該顆粒的 平均尺寸為，例如，約2-9微米，優(yōu)選為約3-5微米，并且涂層中存在的顆 粒的含量為，例如，基于每一百份基礎(chǔ)聚合物，約0.1到2.0份，優(yōu)選為0.2 到0.4份。
可以使用其它可選擇的添加劑，包括顆粒材料，例如滑石，存在量可以 為，例如，相對于每一百份基礎(chǔ)聚合物，約0到2份；交聯(lián)劑，例如三聚氰 胺甲醛樹脂，存在量可以為，例如，相對于每一百份基礎(chǔ)聚合物，約0到20 份；和抗靜電劑，例如聚(氧乙烯)失水山梨醇單油酸酯，存在量可以為， 例如，相對于每一百份基礎(chǔ)聚合物，為0到6份。
施用涂覆的條件
在制備好分散體之后，可以將其涂覆在基底上。關(guān)于涂層的厚度，施加 的涂層的厚度對于控制得到的膜的熱粘結(jié)性和密封強度是非常重要的。通常 需要1-2微米的涂層厚度以產(chǎn)生200克/英尺以上的密封強度，這是適于封裝 應(yīng)用的強度。優(yōu)選的干燥的涂層的厚度為0.5-75微米。在特定的實施方式中， 干燥的涂層的厚度為0.5-25微米。在其它實施方式中，干燥的涂層的厚度為 0.75-5微米，或0.75-2微米。
在一些實施方式中，在70'C的密封溫度和l至2微米的厚度下，干燥的
涂層的密封強度為150克/英尺以上。在其它的實施方式中，在7(TC的密封 溫度和1至2微米的厚度下，干燥的涂層的密封強度為160克/英尺以上；在 其它實施方式中為170克/英尺以上，在另一個實施方式中為180克/英尺以 上。
在其它的實施方式中，在8(TC的密封溫度和1至2微米的厚度下，干燥 的涂層的密封強度為300克/英尺以上。在其它的實施方式中，在8(TC的密 封溫度和1至2微米的厚度下，干燥的涂層的密封強度為400克/英尺以上； 在其它實施方式中為450克/英尺以上，在另一個實施方式中為500克/英尺 以上。
本發(fā)明的實施方式特別適合適用于具有取向的基底。但是，根據(jù)應(yīng)用需 要，該基底可以為有取向的或非取向的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認識到可以使 用任意數(shù)量的基底。此處所述的"固態(tài)取向(solid state orientation)"指的是， 取向處理的溫度高于形成主要結(jié)構(gòu)的樹脂的最高Tg溫度(玻璃化溫度)，并 且低于至少一部分樹脂層的最高熔融點，即處于至少一部分形成結(jié)構(gòu)的樹脂 沒有處于熔融狀態(tài)的溫度下。固態(tài)取向可以對照"熔融狀態(tài)取向"，熔融狀 態(tài)取向包括熱吹膜(hot blown film),其中，在擠出模具中出現(xiàn)熔融的聚合物 膜時立即進行拉伸。
此處所述的"固態(tài)取向"指的是通過如下方法獲得的膜將不同層的樹 脂的混合擠出，或者分別擠出涂層，以得到初始厚片或管(初始帶(primary tape))，快速冷卻至固態(tài)以阻止或減慢聚合物的結(jié)晶，從而提供固態(tài)初始膜 片，然后將該固態(tài)初始膜片再次加熱至所稱的取向溫度，之后在取向處理(例 如，氣泡法(trapped bubble method))中將該再次被加熱的膜片雙軸拉伸，或 者使用同時或順次的拉幅處理(tenter frame process),最后將被拉伸的膜快 速冷卻以獲得可熱收縮的膜。在氣泡固態(tài)取向處理中，通過氣壓充氣在橫向 (TD)將初始帶拉伸，以生成氣泡，并且在容納氣泡的兩組夾輥之間以不
同的速度在縱向(LD)拉伸。在拉幅處理中，通過將片向前加速在縱向上 將該片或初始帶拉伸，并且，同時或順次地使用離散幾何框(diverging geometry frame)通過導向熱軟化片在橫向拉伸。
基底，如膜和膜結(jié)構(gòu)，特別得益于該新型涂覆方法和此處所述的涂層組 合物，而且這些基底可以用傳統(tǒng)的熱吹膜制造技術(shù)或其它雙軸取向工藝制 作，例如，拉幅法或雙氣泡方法(double bubble process)。傳統(tǒng)的熱吹膜方 法在例如《The Encyclopedia of Chemical Technology (化學工藝百科全書)》 (Kirk-Othmer，第三版，John Wiley & amp， Sons,紐約，1981)第16巻， 第416-417頁，和第18巻，第191-192頁中進行了描述。雙軸取向膜制作工 藝在如美國專利US No. 3456044 "雙氣泡"方法(Pahlke)和US No.4352849
(Mueller)、 US No.4597920 (Golilce)、 US No. 4820557 (Warren)、 US No. 4837084 (Warren)、 US No. 4865902 (Golike等)、US No. 4927708 (Herran 等)、US No. 4952451 (Mueller)、US No. 4963419(Lustig等)和US No. 5059481
(Lustig等)中描述的方法，也可以用于制備用于此處所述的新型涂覆方法 和涂層組合物的基底。該基底膜結(jié)構(gòu)也可以用拉幅技術(shù)中描述的方法制作， 如用于取向聚丙烯的方法。
其它用于貨物包裝應(yīng)用的多層膜制造技術(shù)在《Packaging Foods With Plastics (用塑料包裝貨物)》，(Wilmer A. Jenkins禾卩James P. Harrington
(1991))，第19-27頁，禾口 Thomas I. Butler的《Coextrusion Basics (混合擠 出基石出)》，(《Film Extrusion Manual: Process, Materails， Properties(膜擠出手 冊方法，材料，性能)》，第31-80頁(由TAPPI出版社出版(1992))中 有描述。
該基底層可以為單層或多層膜。待涂覆的基底層還可以與其它層或膜共 同擠出，或者在二次處理中壓制在其它層上以形成待涂覆的基底，例如， 《Packaging Foods With Plastics (用塑料包裝貨物)》，Wilmer A. Jenkins和
James P. Harrington (1991)或W. J. Schrenk禾卩C. R. Finch的《Coextrusion For Barrier Packaging (膜包裝的混合擠出)》，Society of Plastics RETEC Proceedings, 6月15-17日(1981)，第211-229頁所述。如K. R.Osborn和 W. A. Jenkins的《Plastic Films, Technology and Packaging Applications》 (Technomic Publishing Co" Inc. (1992))所述，如果單層基底層經(jīng)由管狀膜(艮P， 吹膜技術(shù))或平板模具(flat die)(即，鑄型膜(cast film))制得，那么該膜 必須要進行額外的擠出后步驟，向其它包裝材料粘合或壓制，以形成多層結(jié) 構(gòu)，作為待用的基底。如果基底層是兩個或多個層的混合擠出(Osbom和 Jenkins對此也有描述)，根據(jù)對最終的膜的其它物理要求，該膜還可以壓制 在其它包裝材料層上。
D. Dumbleton的《Laminations Vs. Coextrusion (層壓與混合擠出)》 (Converting Magazine, 1992年九月)也論述了壓制與混合擠出。單層和混 合擠出膜也可以進行其它擠出后技術(shù)，例如，雙軸取向過程。
擠出涂覆是另一種用于制備基底的多層膜結(jié)構(gòu)的技術(shù)，使用該方法制得 的基底可以作為待涂覆的基底用于涂覆此處所述的新型涂覆方法和涂層組 合物。該新型涂層組合物包括至少一層涂覆的膜結(jié)構(gòu)。與鑄型膜相似地，擠 出涂覆也是一種平板模具技術(shù)。
本發(fā)明的膜和膜層可以用于垂直-或水平型-添充-密封(Vertical- or Horizontal-form-fill-seal,HFFS或VFFS)的應(yīng)用。描述這些應(yīng)用的相關(guān)專利 包括美國專利US No, 5228531、 5360648、 5364486、 5721025、 5879768、 5942579和6117465。
本發(fā)明的實施方式還可以被用于多層膜。在這種情況下，至少使用一種 公開的組合物以形成全部多層膜結(jié)構(gòu)中的至少一個層。多層結(jié)構(gòu)的其它層包 括但不限于阻擋層和/或連接層(tie layer)和/或結(jié)構(gòu)層。
這些層可以使用各種材料，它們中的一些可以在同一個膜結(jié)構(gòu)中用于多
于一個層。這些材料中的一些包括金屬箔、尼龍、乙烯/乙烯醇(EVOH) 共聚物、聚偏氯乙烯(PVDC)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯、取 向聚丙烯(OPP)、乙烯/醋酸乙烯酯(EVA)共聚物、乙烯/丙烯酸(EAA) 共聚物、乙烯/甲基丙烯酸(EMAA)共聚物、LLDPE、 HDPE、 LDPE、尼 龍、接枝粘結(jié)聚合物(graft adhesive polymer,例如，馬來酸酐接枝聚乙烯) 和紙。 一般地，該多層膜結(jié)構(gòu)包括2-7層。
可以用本領(lǐng)域公知的技術(shù)通過鑄型擠出(cast extrusion,用于單層膜)
或混合擠出(用于多層膜)制作基底層。該膜可以被快速冷卻，用輻射量為 20-35千戈瑞的電子束照射，和再加熱到它們的取向溫度，然后以在各自的 縱向(也叫做力fl工方向(machine-direction))禾Q橫向(transverse direction)(也 叫做橫向方向(cross-direction))達到1.5: 1的取向比率，或者達到2: 1，或 者達到3: 1，或者達到4: 1，或者達到5: 1。在一種實施方式中，取向為在 橫向為5:1，在縱向約為10:1。在另一種實施方式中，取向為在縱向和橫向 均為約7: 1。
可以用任何適用的方法制作該基底層，包括混合擠出、壓制、擠出涂覆 或電暈粘結(jié)(norona bonding),并且可以用管狀鑄型混合擠出(tubular cast coextrusion)制作，如美國專利US No. 4551380 (Schoenberg)中所示?？梢?通過任何適當?shù)姆椒ㄖ苽溆蓪⒃撃ぶ瞥傻陌?，例如，美國專利US No. 3741253 (Brax等)中所示的方法?？梢杂蓡伍_口或雙開口膜制作側(cè)密封或 端密封的包。
可以用任何適當?shù)姆椒ㄊ够讓尤∠?，包括氣泡?trapped bubble process)或同時或順次拉幅法(tenter frame process)。膜可以為任何需要的厚 度，只要該膜能夠為使用該膜的特定的密封操作提供理想的性能。最終的膜 的厚度可以根據(jù)方法和最終所用的應(yīng)用等而改變。 一般的，厚度為0.1-20密 耳，優(yōu)選為0.2-15密耳，更優(yōu)選為0.3-10密耳，更優(yōu)選為0.3-5密耳，更優(yōu)
選為0.3-2密耳，例如0.3-1密耳。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認識到可以使用多種基底。上面引用的參考文獻公 開了許多適用的基底。除了公開的這些外，還包括但不限于取向的和非取向 的聚烯烴、取向聚酯，和/或取向尼龍也可以使用。
干燥條件
當分散體涂覆到所需的基底上后，該涂層需要干燥以除去水，并使聚合 物顆粒結(jié)合為實質(zhì)上連續(xù)的膜。在一種實施方式中，可以用烘箱加速干燥過 程。為了使聚合物顆粒適當?shù)亟Y(jié)合，優(yōu)選地使該涂層達到約高于制備該分散 體的聚合物的熔點2(TC的溫度。
在特定的實施方式中，所用的溫度范圍為從分散體的基礎(chǔ)聚合物的熔點 峰值到基礎(chǔ)膜的軟化點。在一些實施方式中，涂覆后的基底離開干燥烘箱的 溫度可以在高于分散體的基礎(chǔ)聚合物的峰熔點l(TC到低于基礎(chǔ)膜的軟化溫 度IO'C之間。在其它實施方式中，該基底離開干燥烘箱的溫度可以在高于分 散體的基礎(chǔ)聚合物的峰熔點2(TC到低于基礎(chǔ)膜的軟化溫度20'C之間。
實施例
在雙螺桿擠出機中，以9.1kg/h的速度將100重量份的熱塑性塑料乙烯/ 丙烯酸共聚物在125。C熔融捏合，該乙烯/丙烯酸共聚物的丙烯酸含量為20.5 重量％，密度為約0.958g/cm3 (ASTMD-792)，熔融系數(shù)為13.5g/10min (由 ASTMD1238在125。C和2.16kg得到)，Mw/Mn為3.7，熔點為約77°C (由 DSC在掃描速度為10。C/分鐘得到)，可從陶氏化學公司(Dow Chemical Company)商購，牌號為PRIMACOR59801 。
向該熔融捏合的樹脂中，在下游注入口以1.8千克/小時的速度連續(xù)加入 45重量％的氫氧化鉀水溶液(以混合物總量的16.5重量％的比例)。然后，
在離開擠出機之前，用額外的水以26.9千克/小時的速度將得到的水分散體 稀釋。從而得到水分散體，該水分散體具有26.6重量％的固體含量，pH值 為9.9，布魯克費爾德粘度(Brookfield viscosity)為224cp(RV3轉(zhuǎn)子，21.5°C， 50 rpm)。
將經(jīng)電暈處理(corona treated)的厚度為1.2密耳的BOPP膜(由Mobil Chemical Corporation制備的BICOR LBW)切成12英寸乘14英寸的片。將 每個片綁在一個平泡沫塑料板上，并用4號圓盤條(#4 wire-round rod)將上 述的分散體涂覆在該BOPP上(側(cè)面不用滑動添加劑)。該泡沫塑料板的目 的是達到更一致的涂層厚度。將涂覆后的片在常規(guī)的烘箱中在135'C下放置 5分鐘，將該分散體涂層干燥。用重量分析法確定得到的涂層的厚度。分別 稱10片涂覆后的膜樣品(l英寸乘l英寸)的各自的重量，減去基礎(chǔ)BOPP 基底的重量，從而確定涂層的厚度。基于重量差，計算涂層的厚度時使用的 密度為0.99g/cc。計算得到的該涂層的厚度為1.6g/m2。
用Packforsk熱粘著測試器在40psi的密封壓力和0.5秒駐留時間下，將 各個上述涂覆的樣品的不具有襯底的條(1英寸寬)從50到140'C以IO'C間 隔遞增從而加熱密封。使密封后的樣品在ASTM室(設(shè)置為70下(21.rC)， 50%相對濕度)內(nèi)至少平衡一天，然后在Instron模型4501拉伸測試儀上以 10英寸/分鐘的速度被拉伸。此處所述的，熱密封起始溫度定義為密封強度 達到227g/in (0.51b/in)時的溫度。本組樣品的涂層的熱密封起始溫度約為 70°C，如圖2所示。
對比例
將一個經(jīng)電暈處理過的1.2密耳的BOPP(由Mobil Chemical Corporation 制備的BICOR LBW)切成12英寸乘14英寸的片。將每個片綁在一個平泡 沫塑料板上，并用4號圓盤條將氨中和后的乙烯/丙烯酸共聚物的分散體涂覆
在該BOPP上(側(cè)面不用滑動添加劑)，該乙烯/丙烯酸共聚物含有20.5重量 %的丙烯酸，密度為約0.958g/cm3 (ASTMD-792)，熔融系數(shù)為13.5g/10min (由ASTMD1238在125。C和2.16kg得到)，由Michelman， Inc.提供，牌號 為MICHEM Prime 4983R。將涂覆后的片在常規(guī)的烘箱中，在135'C下放置 5分鐘，將該分散體涂層干燥。用重量分析法確定得到的涂層的厚度。分別 稱10片涂覆后的膜樣品(l英寸乘l英寸)的各自的重量，減去基礎(chǔ)BOPP 基底的重量，從而確定涂層的厚度?；谥亓坎?，計算涂層的厚度時使用的 密度為0.96g/cc。計算得到的該涂層的厚度為1.7g/m2。
用Packforsk熱粘著測試器在40psi的密封壓力和0.5秒駐留時間下，將 各個上述涂覆的對比樣品的不具有襯底的條(1英寸寬)從50到140°C以l(TC 間隔遞增從而加熱密封。使密封后的樣品在ASTM室(設(shè)置為70下(21.rC)， 50%相對濕度)內(nèi)至少平衡一天，然后在Instron模型4501拉伸測試儀上以 10英寸/分鐘的速度被拉伸。對比樣品的熱密封起始溫度約為90°C,如圖2 所示。
圖2中用圖表比較了涂覆后的樣品和涂覆后的對比樣品的熱密封強度。 可以看出，涂覆后的樣品的最低密封溫度(非零密封強度)出現(xiàn)得更低。另 外，不考慮密封溫度，涂覆后的樣品的密封強度(1.6g/m2厚度)比涂覆后的 對比樣品(1.7g/n^厚度)的密封強度高。在更寬的溫度范圍內(nèi)，涂覆后的樣 品具有比涂覆后的對比樣品更高的密封強度。這些結(jié)果表明，涂覆后的樣品 可以承受更高的封裝線速度(由于較低的熱密封起始溫度)，并且和涂覆后 的對比樣品相比，具有在寬的操作窗口上密封包裝的能力。
優(yōu)選地，本發(fā)明的發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，使用80重量％以上的丙烯酸被 金屬堿中和的乙烯-酸共聚物可以提供更好的熱粘著性能，而對最低密封溫 度沒有顯著的負面影響。意外地，在某些實施方式中，最低密封溫度甚至可 以被降低。 在其它實施方式中，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在不存在弱堿的情況下通過
用強堿中和乙烯-酸共聚物，直到約55重量％以上，可以提高熱粘著性能。
因此，優(yōu)選地，本發(fā)明的一種或幾種實施方式提供的可熱密封的膜可以 使封裝線速度更高(由于低熱密封引發(fā)溫度)，在寬操作窗口上提供密封包 裝，并且提供好的封裝完整性。
換句話說，本發(fā)明的一種或幾種實施方式提供了在寬操作窗口上密封包 裝的能力。在封裝線的起始和終止期間，密封設(shè)備的溫度會經(jīng)常偏離設(shè)定點， 有時偏離很大。用具有低熱密封引發(fā)溫度的封裝膜，如果密封儀器稍微低于 所需要的溫度時，仍然能夠進行適當?shù)拿芊狻?br> 在其它實施方式中，此處公開的中和后的分散體溶液可以被用于許多其 它的用途。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認識到，根據(jù)上面公開的方法或組合物形成 的分散體，存在許多種的應(yīng)用。特別地，這樣的分散體可以在任何現(xiàn)有技術(shù) 的分散體(不管是否用乙烯-酸共聚物制備)中被使用。
盡管本發(fā)明通過有限數(shù)量的實施方式來描述，得益于這些公開，本領(lǐng)域 技術(shù)人員已經(jīng)可以得知其它可以設(shè)計出的實施方式，而不偏離此處公開的發(fā) 明的范圍。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)該僅由隨附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1、一種在基底上形成可熱密封的涂層的方法，該方法包括用聚合物水分散體涂覆所述基底，其中，該聚合物水分散體含有(A)乙烯-酸共聚物；(B)pKa為10以上的強堿；和(C)水，其中，所述強堿是唯一的中和劑，該強堿的存在量足以中和組分(A)中的55重量％以上的羧基；和除去所述分散體中的至少一部分水，以形成第一層。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一層的厚度為0.5至75 微米。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述第一層的厚度為0.5至25 微米。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述第一層的厚度為0.75至2 微米。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述基底包括取向聚合物。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述強堿含有至少一種選自元 素周期表中的Ia族、IIa族、或IIb族中的金屬的離子。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述強堿包括Ia族的鹽。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述乙烯-酸共聚物包括乙烯-丙烯酸共聚物和乙烯-甲基丙烯酸共聚物中的至少一種。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分散體還含有微晶蠟。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在RV3轉(zhuǎn)子、21.5°C、 50rpm 的條件下，所述分散體的粘度為500cP以下。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分散體含有20重量％以 上的組分(A)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述強堿的存在量足以中和組 分(A)中的80重量％以上的羧基。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一層的熱密封引發(fā)溫度 等于或者低于8(TC。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一層在70。C的密封溫度 和1至2微米的厚度下具有至少170克/英尺的密封強度。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一層在8(TC的密封溫度 和1至2微米的厚度下具有至少400克/英尺的密封強度。
16、 一種膜，該膜包括 基底；和涂層，其中，該涂層是由乙烯-酸共聚物的分散體得到的，其中約55重 量％以上的羧基被選自元素周期表中的Ia族、IIa族或lib族中的至少一種金 屬的離子中和。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的膜，其中，所述涂層的厚度為0.5至75微米。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的膜，其中，所述涂層的厚度為0.5至25微米。
19、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的膜，其中，所述涂層的厚度為0.75至2微米。
20、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的膜，其中，所述基底包括取向聚合物。
21、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的膜，其中，所述乙烯-酸共聚物包括乙烯-丙烯酸共聚物和乙烯-甲基丙烯酸共聚物中的至少一種。
22、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的膜，其中，所述涂層還含有微晶蠟。
23、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的膜，其中，約80重量％以上的羧基被選自 元素周期表中的Ia族、IIa族或IIb族中的至少一種金屬的離子中和。
24、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的膜，其中，所述涂層的熱密封引發(fā)溫度等 于或者低于80'C。
25、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的膜，其中，所述涂層在70'C的密封溫度和 1至2微米的厚度下具有至少170克/英尺的密封強度。
26、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的膜，其中，所述涂層在80'C的密封溫度和 1至2微米的厚度下具有至少400克/英尺的密封強度。
27、 一種分散體，該分散體含有-(A) 乙烯-酸共聚物；(B) 中和劑；和(C) 水，其中，所述中和劑的存在量足以中和組分(A)中的55重量 %以上的羧基。
28、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的分散體，其中，所述中和劑含有至少一種 選自元素周期表中的Ia族、IIa族或lib族中的金屬的離子。
29、 根據(jù)權(quán)利要求28所述的分散體，其中，所述中和劑包括Ia族的鹽。
30、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的分散體，其中，所述乙烯-酸共聚物包括乙 烯-丙烯酸共聚物和乙烯-甲基丙烯酸共聚物中的至少一種。
31、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的分散體，其中，所述分散體還含有微晶蠟。
32、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的分散體，其中，在RV3轉(zhuǎn)子、21.5°C 、 50 rpm 的條件下，所述分散體的粘度為500Cp以下。
33、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的分散體，其中，所述分散體含有20重量％ 以上的組分(A)。
34、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的分散體，其中，所述分散體含有25重量％ 以上的組分(A)。
35、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的分散體，其中，所述強堿的存在量足以中 和組分(A)中的80重量％以上的羧基。
36、 一種中和分散體的方法，該方法包括在不存在弱酸的條件下，向 含有乙烯-酸共聚物和水的混合物中加入pKa為10以上的強堿，該強堿的加 入量足以中和乙烯-酸共聚物中的55重量％以上的羧基。
37、 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述強堿的加入量足以中和 乙烯-酸共聚物中的80重量％以上的羧基。
38、 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述強堿含有至少一種選自 元素周期表中的Ia族、IIa族、或IIb族中的金屬離子。
39、 根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述強堿包括Ia族的鹽。
40、 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述乙烯-酸共聚物包括乙烯 -丙烯酸共聚物和乙烯-甲基丙烯酸共聚物中的至少一種。
41、 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，該方法還包括向混合物中加 入微晶蠟。
42、 一種分散體，該分散體含有(A) 乙烯-酸共聚物；(B) pKa為10以上的強堿；(C) 水，其中，所述強堿是唯一的中和劑，該強堿的存在量足以中和 組分(A)中的55重量％以上的羧基。
43、 根據(jù)權(quán)利要求42所述的分散體，其中，所述中和劑含有至少一種 選自元素周期表中的Ia族、IIa族、或IIb族中的金屬的離子。
44、 根據(jù)權(quán)利要求43所述的分散體，其中，所述中和劑包括Ia族的鹽。
45、 根據(jù)權(quán)利要求42所述的分散體，其中，所述乙烯-酸共聚物包括乙 烯-丙烯酸共聚物和乙烯-甲基丙烯酸共聚物中的至少一種。
46、 根據(jù)權(quán)利要求42所述的分散體，其中，該分散體還含有微晶蠟。
47、 根據(jù)權(quán)利要求42所述的分散體，其中，在RV3轉(zhuǎn)子、21.5'C、 50 rpm 的條件下，該分散體的粘度為500 cP以下。
48、 根據(jù)權(quán)利要求42所述的分散體，其中，所述分散體含有20重量％ 以上的組分(A)。
49、 根據(jù)權(quán)利要求42所述的分散體，其中，所述分散體含有25重量％ 以上的組分(A)。
50、 根據(jù)權(quán)利要求42所述的分散體，其中，所述強堿的存在量足以中 和組分(A)中的80重量％以上的羧基。
全文摘要
公開了一種分散體，該分散體含有(A)乙烯-酸共聚物；(B)中和劑；和(C)水，其中，所述中和劑的存在量足以中和55重量％以上的組分(A)中的羧基。而且，還公開了一種分散體，該分散體含有(A)乙烯-酸共聚物；(B)pKa為約10以上的強堿；和(C)水，其中，所述強堿是唯一的中和劑，該強堿的存在量足以中和組分(A)中的55重量％以上的羧基。
文檔編號C09D123/08GK101384675SQ200780005705
公開日2009年3月11日 申請日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月17日
發(fā)明者B·M·蒙克拉, G·M·斯坦博格, M·J·卡利諾夫斯基 申請人:陶氏環(huán)球技術(shù)公司