用于容器的耐撕裂可剝離的密封件的制作方法

專利名稱：用于容器的耐撕裂可剝離的密封件的制作方法
技術領域：
本發明涉及容器，并尤其涉及采用可回收多層結構的耐撕裂可剝離的密封蓋。
相關申請的交叉引用本申請是2002年11月20日提交的美國專利申請號10/300,352的繼續部分，其全部內容通過引用結合在此。
背景技術：
多層材料的片材已被用來制備密封件，以密封容器的開口以防空氣和污染物。典型的密封材料由具有一層可熱密封材料的金屬箔片組成，以粘合所述箔與容器的唇緣，所述容器例如塑料盤型食物密封包裝、瓶子或硬質泡沫密封包裝(blister package)。當用于密封瓶子時，密封件通常從多層材料的片沖切(die cut)出來，并通過加熱至來密封容器的唇緣。當容器是硬質泡沫密封包裝，即在較大片材中的空腔時，所述密封件通常是薄片蓋子形式的，其延伸橫跨硬質泡沫密封包裝的開口，或橫跨多個這種硬質泡沫的陣列。含有可塑食物的盤子被廣泛用于承裝需要冷卻或加熱的膳食，并且通常比典型的硬質泡沫密封包裝深，并具有提供小的表面的頂部唇緣，其上粘接有可移除的蓋子，以密封所述密封包裝。
密封件和蓋子可以構造為具有從所述密封件的外圍向外延伸的接頭片，以便使用者可以抓住該接頭片，以協助將密封件與所述容器分開。在密封件與硬質泡沫型密封包裝使用的替換的配置中，所述密封件可以包括有劃痕的邊緣，該邊緣可以被拿起，以提供抓握移開密封件。
密封件可以是外部的，如其中所述密封件是所述密封包裝最外面部件的硬質泡沫材料的情況，或它可以是內部的密封件，例如在具有螺紋的頸狀部分的容器，以供螺帽使用。內密封件通常從前述具有可熱密封材料層的金屬箔的多層片材沖切出來。然后所述內密封件被插入螺帽中，而螺帽被擰到所述容器的頸部上。隨后帶有帽的容器通過感應加熱而加熱鋁箔，由此熔化可熱密封材料層，以使內密封件可以粘合到容器上。
無論是用來密封硬質泡沫型密封包裝或瓶狀容器，滿意的是所述密封件表現出耐撕裂性，包括耐咬裂(biting)。當想要防止小孩接近密封包裝的內容物時，后者特別重要。
用于制造這種可剝離密封件的材料包括雙軸取向的聚酯薄膜，例如在薄膜上涂覆有無定型聚酯的熱封層的Mylar。所述密封件可以進一步包括在Mylar片的暴露表面上的印刷標記。該標記可以進一步覆蓋第二Mylar聚酯薄膜層。在可選的配置中，具有反相印刷的標記在一個表面上的第二Mylar薄膜層被粘接在密封件的頂面，所以印刷的標記看起來恰當地定向，并被Mylar薄膜保護。
其它已知的結構體包括涂覆有乙烯-醋酸乙烯(EVA)熱活化密封件的MylarRL43，以提供可剝離的密封件。出于前面所討論的原因，蓋子密封件必須提供尤其在剝離步驟期間的耐撕裂，其需要具有合理的柔韌性、具有耐水性或至少耐潮濕性、當用于密封包含需要加熱的材料如食物時需要耐熱性、可以在其至少一個暴露的表面上接受印刷、并且生產便宜。另外，滿意的是這種密封件制造時它們存在很少(如果有的話)的處理問題，并且對環境友好。
授予Han并轉讓給3M公司的US 5,372,268公開了用于熱封材料的多層結構體。這種結構體包括(a)用于粘接密封件與容器的密封材料層，(b)基本上不透空氣和水分的層，和(c)增強材料層。所述密封材料層可以從任何適宜的粘合劑形成，例如可熱密封薄膜、熱熔粘合劑、非黏性壓力活化型粘合劑、或剪切活化粘合劑。所述不滲透層可以由聚合物薄膜形成，例如聚氯乙烯，或金屬薄，例如鋁箔。增強層為多重薄膜，由層疊在一起的至少兩層單軸取向薄膜組成，所述薄膜一層的強方向(strong direction)與另一層的弱方向(weak direction)交叉，以在全部方向上帶來相等的強度，所以撕裂和拉伸強度在縱向、橫向和對角方向增加。
現有技術中所公開的使用化學上相異的材料形成密封件往往會增加最終產品的厚度和剛性，同時由于當人們企圖滿足全有上述密封材料期望的屬性時，增加了使用的材料層的數量及制造步驟的復雜性，從而增加了生產成本。具體來說，制造期間產生的廢物的處理及使用絲網形成密封件帶來了處理的問題。當產生的網狀物表現出滿意的高耐撕裂和不透濕或水的期望的特性時，這些問題全部會更加令人煩惱。因此，仍需要一種用于容器密封蓋的材料，其制造相對容易且便宜，并具有對于例如這種蓋子是滿意的高度的耐撕裂性能，而且在需要時可以方便地處理。

發明內容
根據本發明，提供了一種用于容器的密封件，通過使用耐撕裂多層結構體作為部分密封結構體，使得其具有耐刺穿性和耐撕裂性，所述多層結構體由以下層組成a)具有頂面和內表面的取向的聚合物薄膜層；b)在所述取向聚合物層內表面上基本與其同延(coextensive)的熱粘合聚合物層，所述熱粘合聚合物層的厚度為所述取向聚合物薄膜層及熱粘合聚合物層總厚度的10％-40％；以及c)增強的稀松布(scrim)聚合物層，其也具有與熱粘合聚合物層相鄰及基本同延的內表面。
還是根據本發明，所述聚合物薄膜層和粘合聚合物層是共擠出層，其具有的化學組成使得在回收時不需要將所述層分離。優選所述稀松布也具有相似的化學組成，能夠在層疊后回收。這樣對材料的選擇使得可以通過簡單回收完整的層疊結構體，來回收生產操作期間的廢材料。本發明中所使用的回收是指以相同或相似的方法重新使用所述材料的能力。所使用的能力是指回收的材料可以以20-70重量％的比例用于使用回收材料的產品中。例如，廢聚酯生產運轉的材料可以被切碎，然后重新用于例如本領域中眾所周知的造粒擠出機中，以制造回收的顆粒。回收的聚酯顆粒可以與新鮮或原料聚酯聚合物混合，隨后混合物被再熔化和再擠出，以制備取向薄膜或其它產品。
熱活化的粘合劑層可以涂覆在增強稀松布層的底面上，以提供用于粘接密封件與容器開口的需要的粘合劑。
還是根據本發明，所述熱粘合聚合物層及增強的稀松布聚合物層各自單獨地包括合成的縮合聚合物。所述合成的縮合聚合物各自包含聚合物形式的以下組分(a)羧酸或羧酸的混合物；和b)或i)二胺或二胺的混合物，或ii)二醇或二醇的混合物，或(b)具有多于2個碳原子的ω-氨基酸，或這種氨基酸的混合物。對于作為一個整體來看的結構體(1)在合成縮合聚合物中至少90摩爾％結合總量的羧酸或羧酸混合物是相同的羧酸，(2)在合成縮合聚合物中至少90摩爾％結合總量的二胺或二胺混合物合物是相同的二胺，(3)在合成縮合聚合物中至少90摩爾％結合總量的二醇或二醇混合物是相同的二醇，且(4)在合成縮合聚合物中至少90摩爾％結合總量的氨基酸或氨基酸混合物是相同的氨基酸。
所述取向的聚合物薄膜層可以是雙軸取向的聚對苯二甲酸乙二酯。
根據本發明，還可預期用能夠將密封件與密封包裝剝離的熱活化粘合劑來將容器的開口，如瓶口或硬質泡沫密封包裝的頂部敞開的一側與稀松布層的下側粘接。


圖1所示為本發明多層密封結構體的示意性截面圖。
圖2所示為粘接到本發明密封件上的硬質泡沫密封包裝。
圖3所示為其中密封件被粘接到瓶型容器上的可選的實施方案。
圖4所示為包括任選的附加層的可選的實施方案。
具體實施例方式
以下將參考附圖來描述本發明，其中相同的數字表示相同的部件。提供的附圖是對本發明的舉例說明和解釋，因此并不是按照比例繪制的，也不打算將其用于制造目的的工程圖。這樣，某些部件是夸大的，理解本發明所不需要的部件沒有顯示或僅部分顯示。
以下參考圖1，其顯示了本發明耐撕裂密封件或蓋子結構體10。所述密封件由至少三層組成。另外的層可以在所顯示的三層之上或之下存在，但是沒有將它們顯示出，因為這對解釋本發明是不重要的。形成密封件耐撕裂部分的三個層是頂層12、粘合層18和增強稀松布層20。
頂層12是可以由線性聚酯制成的取向的聚合物薄膜層12。典型的線性聚酯的特性粘數為約0.5-約0.8，以約0.6為最典型。優選的聚酯薄膜為雙軸取向的聚對苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜及雙軸取向的聚萘二甲酸乙二酯(PEN)薄膜。
尤其有用的是已雙軸取向且熱定型的聚對苯二甲酸乙二酯。這種材料在本領域中是眾所周知的，并且被描述在通過引用結合在此的Stokes的US 4,375,494中。
聚對苯二甲酸乙二酯聚合物的制備技術對本領域的技術人員是眾所周知的，并被描述在眾多文獻中，例如Encyclopedia of PolymerScience and Engineering，第二版第12卷，Wiley，N.Y.第1-313頁中。所述聚合物通常是通過使適宜的二羧酸或其低級烷基二酯與乙二醇縮合而得到的。聚對苯二甲酸乙二酯是由對苯二甲酸或其酯形成的，聚萘二甲酸乙二酯是由2，7-萘二甲酸或其酯形成的。
取向的聚合物薄膜層12也可以包含顆粒的添加劑，例如用于改進產品的視覺外觀或改進復合紙板結構對水蒸汽或其它氣體的滲透性。含這種顆粒狀添加劑薄膜的一個實例是含商購自DE Wilmington的Dupont Teijin Film、商品名為Mylar365T的約15％二氧化鈦的雙軸取向的聚對苯二甲酸乙二酯。另一種是含有UV吸收劑的Melinex389。其它類型和量的顆粒添加劑也可用于本發明中，例如阻燃劑、粘土、滑石及硅石。因為所用添加劑的量較小，所以回收制造廢產物還是可能的。
取向的聚合物薄膜層12具有頂面14和內表面16。粘接在內表面16上的是熱粘合聚合物層18。簡單地說，熱粘合聚合物層18可以與取向的聚合物薄膜層12及增強的稀松布聚合物層20的內表面形成粘結結合。通常，熱粘合聚合物層18在用于形成薄膜復合材料的取向的聚合物薄膜層16的表面上形成。隨后，通過施加可以軟化層18，但是不足以軟化或熔化取向的聚合物薄膜層16或增強的稀松布聚合物層20的足夠高的壓力和溫度將所述復合材料粘接到增強的稀松布聚合物層20上。
熱粘合聚合物層18可以包含聚酯樹脂，尤其是衍生自一種或多種二元芳族羧酸，如對苯二甲酸、間苯二甲酸及六氫化對苯二甲酸，以及自一種或多種二元醇，例如乙二醇、二甘醇、三甘醇及新戊二醇的共聚聚酯。熱粘合聚合物層18可以包含含有對苯二甲酸酯的聚酯。優選的共聚聚酯衍生自對苯二甲酸及間苯二甲酸與六氫化對苯二甲酸的一種或兩種，以及優選乙二醇的一種或多種二元醇。在無定型狀態下提供滿意的粘合性能的示例性共聚聚酯為對苯二甲酸乙二酯與間苯二甲酸乙二酯的那些，尤其是摩爾比60至90摩爾％的對苯二甲酸乙二酯與相應的40至10摩爾％的間苯二甲酸乙二酯。特別優選的共聚聚酯包含70至85摩爾％的對苯二甲酸乙二酯與30至15摩爾％間苯二甲酸乙二酯，例如約82摩爾％的對苯二甲酸乙二酯與18摩爾％的間苯二甲酸乙二酯。
在制備本發明的密封結構體中，優選一同以薄膜復合材料的形式提供取向的聚合物薄膜層12與熱粘合的聚合物層18，復合材料的厚度為千分之0.20英寸(密耳)至3密耳，更優選0.50至1.4密耳。
在其中取向的聚合物薄膜層12是雙軸取向的聚對苯二甲酸乙二酯，熱粘合聚合物層18是以上所述的共聚聚酯時，所述薄膜復合材料可以由例如廣泛地描述在US 3,871,947中，包括通過多孔口模頭的多重擠出或所述復合材料層共擠出，隨后通過在一個或多個方面拉伸并熱定型的方法方便地制得。一種用于共擠出、已知為單料道共擠出的方便的方法及裝置描述在US 4,165,210中。所述方法包括同時地從兩個不同的擠出機中擠出第一和第二聚酯料流，在通向擠出模頭的集料管中將兩種料流混合，并且在使兩種聚酯互不混合地占據流動的顯著區域的料流流動的條件下使兩種聚酯一同經過模頭，由此產生薄膜復合材料。
所述薄膜復合材料的聚對苯二甲酸乙二酯取向聚合物薄膜層的雙軸取向可以通過依次在兩個相互垂直的方向上、在通常約78-125℃的溫度下拉伸所述復合材料來進行。一般來說，拉伸復合材料所施加的條件可以起到使熱粘合聚合物層部分結晶的作用，在此情況下優選使薄膜復合材料在尺寸限制的條件下，在高于所述熱粘合聚合物層結晶熔化溫度但低于聚對苯二甲酸乙二酯取向的聚合物薄膜層結晶熔化溫度的溫度下熱定型。然后，允許或使所述復合材料冷卻，從而使熱粘合聚合物層基本為無定型，同時在取向的聚合物薄膜層中維持高結晶度。因此，優選在拉伸操作后在尺寸限制的條件下、在溫度范圍為150-250℃下進行熱定型。方便的拉伸及熱定型方法描述在US3,107,139中。由此，在本發明的一個實施方案中，耐撕裂密封件或蓋子結構體10包括由共擠出形成的薄膜復合材料，所以其包括兩種不同材料制得的層，但是卻形成一片薄膜。
這里所描述的，引入取向的聚合物薄膜層12及熱粘合聚合物層18的共擠出薄膜復合材料可以商購自DE Wilmington的Dupont TeijinFilm，商品名為eMelinex301H。
上述復合材料被層疊成增強的稀松布層20。制造增強的稀松布聚合物層20的材料的合適實例為包含聚酯的織造的或非織造的纖維材料。一種適宜的非織造稀松布、紡織粘合的聚酯產品是可以得自BBAFiltration(TN Nashville的BBA Nonwovens的分公司)，其名稱是StarWeb2253C，基礎重量為約18g/m2，厚度為0.0038英寸。另一種也可以得自BBA Filtration的適宜的非織造稀松布是Reemay2004紡織粘合聚酯，其基礎重量為約14g/m2。適合用于本發明的非織造稀松布的基礎重量為約5-約18g/m2，優選約10-約20g/m2。
通常當要求高水平的拉伸和/或撕裂強度時，織造稀松布(雙或三維的)也可以使用，而這些材料的基礎重量可以是約15-約300g/m2。它們可以由多種聚酯制造，包括但不限于聚對苯二甲酸乙二酯和對萘二甲酸乙二酯。
下面參考圖2，其顯示了連接到圖1的結構體下側、用于容納產物21的硬質泡沫型密封包裝22。所述硬質泡沫型容器通過粘合劑層24可剝離地粘接在稀松布層20的底面17上。粘合劑層24可以是含有溶劑的EVA溶液以2-25gr/m2、優選范圍為6-16gr/m2涂覆在稀松布層的底面上，優選地在稀松布層層疊在共擠出復合取向薄膜加上熱粘合層之后的獨立步驟中進行。優選地，可以使用溶劑基聚酯，或含水粘合劑，例如丙烯酸、EVA或聚酯。可選地，所述粘合劑層24可以被擠出到稀松布層底面之上。
所述粘合劑也可以被涂覆在將接觸密封件的容器的暴露表面26上。所述粘合劑通常以連續層涂覆，但也可以在選定的區域印刷，例如在硬質泡沫密封包裝唇緣周圍以粘合劑的薄輪緣(thin bead)，或在稀松布底面上的以相應的輪緣印刷。通常所述粘合劑是熱活化粘合劑，但也可以是壓合式粘合劑。制造及密封硬質泡沫與瓶式密封包裝的技術是眾所周知的，實現這些功能的設備是商業上可獲得的，包括Florida Clearwater的Klkner Medipak Inc的設備。
圖3所示為本發明密封件的另一種應用。在此實例中，密封件被用來密封瓶型容器26的瓶口，所述容器典型的是用于以小丸子和膠囊形式的醫用容器。在此情形下，所述密封件從一大片的密封材料裁減至一定的形狀和尺寸，并使用涂覆到對應于瓶口下側的粘合劑24′將其粘接上。這又可以是在硬質泡沫密封包裝情況下所描述的連續層，或可以是涂覆到所述瓶口頂面上的粘合劑層。優選所述密封件包含小的接頭片，以方便移除。
頂面14可以包括如圖3中所示的印刷標記22。這種印刷標記可以包括標識語、圖案、說明等。因此，優選所述層12應具有良好的印刷特性。為了改進聚對苯二甲酸乙二酯的保持墨水的性質，這種薄膜復合材料的聚對苯二甲酸乙二酯薄膜一側可以任選通過內嵌的凹板式涂布器用底漆材料進行涂覆，以改進其與例如水基和溶劑基涂料和粘合劑的粘合，由此提供可更容易印刷上的表面。印刷底漆通常為基于丙烯酸、聚氨酯、聚酯或其它本領域中已知樹脂聚合物的水分散體、水乳液或水溶液。一種該涂層包括至少一種磺基聚酯、至少一種四嵌段共聚物樹脂和至少一種丙烯酰胺/丙烯酸的共聚物或其鹽的實例描述在Chappell等的US 5,985,437中。可用于本發明中的商業上可獲取的涂有印刷底漆的聚酯薄膜可商購自De Wilmington的E.I.Dupont deNemours and Co.Inc，商品名稱為Mylar854。
取決于期望的密封件功能，可以將另外的涂料或層涂覆在頂面14上。例如，這種涂料或層可以包括氣體和水蒸汽阻隔層，即真空沉積的鋁，或聚合物阻隔物涂層，例如由Dow Chemical Corp.生產的Saran的PVdc樹脂，作為氣體阻隔物PVA，EVOH、SiOx等。這種層可以通過水性方法、非水溶劑基方法或無溶劑方法如濺射來涂覆。其它可能的層可以包括提供特殊功能的層。特殊功能的層是指期望特殊類型保護的層，例如抗菌層、安全/防偽/商標保護裝置即全息影像、化學染料及標記、熒光光化學涂層等。
在如圖4中所示的又另一個實施方案中，密封結構體32可以進一步包括第二結合的薄膜/粘合層32，所述第二結合層由粘合層18′和提供額外的耐磨性的取向薄膜層12′組成。然后，所述第二結合層30被層疊在增強稀松布層20的底面上。該第二結合層必須仍然具有可以允許回收完整的結構體30而不用分開所述層的化學組成。
沒有顯示的粘合劑層可以涂覆到所述第二結合層30的暴露表面34上，與以上圖2實施方案所描述的組成及應用相似。
雖然在此參考具體的實施方案舉例說明和描述了本發明，但本發明不期望受限于所顯示的細節。相反，在不背離本發明權利要求的范疇及對等物的具體范圍內，可以進行各種改動。
權利要求
1.一種用于密封容器開口的密封件，所述密封件包括至少一個耐撕裂復合材料層，所述復合材料層由以下層組成a)具有頂面和內表面的取向的聚合物薄膜層；b)在所述取向聚合物層內表面上基本與其同延的熱粘合聚合物層，所述熱粘合聚合物層的厚度為取向聚合物薄膜層及熱粘合聚合物層總厚度的10％-40％；以及c)增強的稀松布聚合物層，其也具有與熱粘合聚合物層相鄰并基本同延的內表面，所述增強層具有底面；所述耐撕裂復合材料層為所述密封件提供耐撕裂性。
2.權利要求1的密封件，其中所述聚合物層與所述粘合層的總厚度為約0.00020英寸-0.003英寸。
3.權利要求2的密封件，其中在所述耐撕裂復合材料層中的聚合物薄膜層、粘合聚合物層及增強稀松布的化學組成使得不用將復合材料的的層分開就可以回收所述復合材料。
4.權利要求3的密封件，其進一步包括在所述增強的稀松布層的所述底面上的粘合劑層。
5.權利要求3的密封件，其中所述粘合劑層的化學組成也使得不用將復合材料的層分開就能夠回收所述復合材料。
6.權利要求4的密封件，其中所述粘合劑層是熱活化的粘合劑層。
7.權利要求2的密封件，其中在所述耐撕裂復合材料層中的取向聚合物薄膜層、熱粘合聚合物層及增強的稀松布聚合物層各自單獨地包括合成的縮合聚合物，所述合成縮合聚合物各自包含以聚合形式的以下組分1)a)羧酸或羧酸的混合物；和b)，或i)二胺或二胺的混合物，或ii)二醇或二醇的混合物，或2)具有多于2個碳原子的ω-氨基酸，或這種氨基酸的混合物，其中，對于作為一個整體來看的復合材料在合成縮合聚合物中至少90摩爾％結合總量的羧酸或羧酸混合物是相同的羧酸，在合成縮合聚合物中至少90摩爾％結合總量的二胺或二胺混合物合物是相同的二胺，在合成縮合聚合物中至少90摩爾％結合總量的二醇或二醇混合物是相同的二醇，且在合成縮合聚合物中至少90摩爾％結合總量的氨基酸或氨基酸混合物是相同的氨基酸。
8.權利要求7的密封件，其中所述取向的聚合物薄膜層包含雙軸取向的聚對苯二甲酸乙二酯。
9.權利要求7的密封件，其中所述結構體還包括在所述增強稀松布層的所述底面上的熱活化的粘合劑層。
10.權利要求3的密封件，其包括粘接在所述稀松布層底面上的硬質泡沫密封包裝。
11.權利要求10的密封件，其中所述硬質泡沫密封包裝通過熱活化粘合劑可剝離地粘接在所述稀松布層的底面上。
12.權利要求11的密封件，其進一步包括粘接在所述稀松布層的所述底面上的硬質泡沫密封包裝，其中所述硬質泡沫密封包裝包含適于粘合到所述耐撕裂復合材料層上的表面，并且粘合劑被涂覆在所述適于粘合的表面上。
13.權利要求3的密封件，其中所述取向聚合物層的頂面與所述取向聚合物層的內表面的至少之一包含印刷標記。
14.權利要求3的密封件，其中所述耐撕裂復合材料層進一步由在所述稀松布層的所述底面上的額外熱粘合聚合物層及額外的聚合物薄膜層組成，其中所有這些層的化學組成使得不用將所述層分開就可以回收所述復合材料。
15.權利要求3的密封件，其進一步包含具有開口的容器，其中所述密封件可剝離地粘接并密封所述的容器開口。
16.權利要求3的密封件，其進一步包含至少一個特殊功能層。
全文摘要
一種耐撕裂的密封件，由可回收多層結構體制造，并包括取向的聚合物薄膜層，在取向的聚合物薄膜層內表面上基本與其同延的熱粘合聚合物層，以及也具有與熱粘合聚合物層相鄰且基本同延的內表面的增強的稀松布聚合物層。所述聚合物薄膜層及粘合聚合物層是共擠出層，其具有的化學組成使得不用將所述層分開就可以進行回收。稀松布層也具有相似的化學組成，允許在層疊后進行回收，由此允許通過簡單回收完整的層疊結構體來回收生產操作期間的廢材料。
文檔編號B32B5/02GK1878666SQ200480033479
公開日2006年12月13日 申請日期2004年11月9日 優先權日2003年11月14日
發明者史蒂文·R.·克森蒂諾, 斯蒂芬·K.·弗朗茲舍恩 申請人:杜邦泰吉恩膠卷美國有限公司