薄膜和薄膜激光器加工的制作方法

交叉參考相關的參考資料

本申請要求2014年12月30日提交的第62/098,010號美國臨時專利申請的權益，其全部內容通過引用結合到本申請中。

發明領域

本發明涉及使用二氧化碳(co2)激光器的激光切割聚烯烴薄膜和標簽組件。

發明背景

不干膠標簽和薄膜組件一般被諸如制造商、經銷商和/或零售商等“加工商”用于市售貨品的包裝或備貨。加工商使用加工設備或“生產線”根據需要選擇性切割標簽和/或薄膜組件，并形成各種市售貨品的包裝。此類加工生產線也可以對標簽和薄膜組件執行其他操作，例如印刷。

傳統加工生產線一般包括柔版印刷和機械模切設備，用以選擇性印刷和切割標簽和/或薄膜組件。機械模切適合許多方面的應用，尤其是大規模加工生產線。

近年來，利用一個或多個激光器切割標簽和/或薄膜組件的數字加工生產線日益普及。數字加工生產線對于小規模加工非常有用，相比傳統機械模切，可以更靈活地改變切割參數，例如切割深度和樣式。標簽和薄膜組件的激光加工方便定制，可從批量標簽或層合薄膜中切割出各種形狀。可以輕松使用控制激光切割機的軟件更改切割參數。

大部分數字加工生產線使用二氧化碳激光器，該類激光器發射光的波長約為10.6微米，或者在約10.2到10.6微米的范圍內。二氧化碳激光器的發射波長有時稱為“中紅外”和/或“長紅外”波長或波長范圍。

當使用數字加工生產線，利用二氧化碳激光器進行標簽和層壓薄膜的加工時遇到的困難是，此類標簽和層壓薄膜中使用的許多聚合物膜對于二氧化碳激光器發射出來的光來說是相對透明的。聚乙烯就是此類薄膜的一個例子。對于二氧化碳激光器的發射光，由于聚乙烯的光學透射率相對較高，而吸光度較低，所以此類激光器的切割性能差。因此，需要有一種方法允許使用二氧化碳激光器加工某些標簽和層壓薄膜，例如聚乙烯材料。

激光切割差的直接后果是造成切割速率低。對于某些應用，如果低切割速率伴隨著較高的工藝柔性，例如，能夠輕松改變切割形狀或樣式，則還是可以接受的。但是，一般不能接受低切割速率，尤其是大規模加工生產線。在許多應用中，一般無法通過簡單增加激光功率來提高切割速率。提高激光功率電平時，易造成標簽和層壓薄膜中使用的許多材料出現損壞。而且，使用較高的激光器功率電平，可能造成預想不到的后果，例如，材料過熱、不良的切割面、鄰近切割面的材料性質發生變化。因此，需要有一種可以提高激光切割速率卻不會出現上述伴隨問題的方法。

在許多應用中，可以“吻切”標簽和內襯組件，這樣一來，只會切割標簽的一層或多層膜，而不會切割或損壞內襯。一般使用機械切割組件執行此類切割操作。但是，這要求準確控制切割工藝和機械組件。使用激光器的吻切標簽和內襯組件在行業中已不是什么新技術，但是，內襯損壞的情況是一個常見的問題。例如，當激光切割某些品級的聚乙烯薄膜時，激光器需要使用相對較高的功率電平。此激光功率電平一般會嚴重損壞內襯，后者，在某些應用中，會穿透內襯。因此，需要有一種標簽和內襯組件的激光切割方法，尤其是激光吻切方法不會損壞或割破內襯。

發明摘要

本發明解決了之前方法存在的困難和不足。

在一個方面中，本發明提供一種使用二氧化碳激光器激光切割聚烯烴薄膜的方法。所述方法包括提供一種聚烯烴材料。所述方法還包括在所述聚烯烴材料中加入至少一種處理劑。所述處理劑選自由至少一種無機處理劑、至少一種有機處理劑及其組合組成的基團，進而形成吸光度增強的改性聚乙烯材料。所述方法還包括從所述改性聚烯烴材料中形成薄膜。而且，所述方法還包括使用至少一種二氧化碳激光器，激光切割薄膜。

在另一個方面中，本發明提供一種可以使用二氧化碳激光器切割的多層薄膜。所述多層薄膜包括一層核心層和至少一層表層。在所述至少一層核心層和所述至少一層表層中，至少其中一層包括聚烯烴和一定濃度的至少一種處理劑，使得所述多層薄膜提高吸光度，波長為10.6微米，或者在10.2微米到10.25微米的范圍內。

須認識到的是，本文所提及之發明在不背離所要求的發明的前提下可有其他不同的實施例且其多個細節可在各方面進行修改。因此，本發明之描述僅供說明之用，不具有限定性。

附圖說明

附圖1所示為本發明的典型標簽組件的橫截面示意圖。

附圖2所示為本發明的一種薄膜版本的橫截面示意圖。

附圖3所示為本發明的另一種薄膜版本的橫截面示意圖。

附圖4所示為本發明的另一種薄膜版本的橫截面示意圖。

附圖5所示為本發明的另一種薄膜版本的橫截面示意圖。

附圖6所示為本發明中使用激光器吻切標簽組件的示意圖。

實施例的詳細說明

本發明提供允許激光切割含聚烯烴(例如聚乙烯和類似材料)的薄膜，尤其是使用二氧化碳激光器進行激光切割的各種方法。通過在薄膜內加入一定濃度的特定處理劑，可以明顯提高波長(i)10.6μm和/或(ii)10.2μm到10.25μm的薄膜的吸光度，從而允許二氧化碳激光器切割薄膜。將某些薄膜拉伸到特定拉伸比和某些方向也可以明顯改善薄膜的激光切割。可以利用加入上述處理劑，同時拉伸薄膜，制作可激光切割的薄膜，尤其是使用二氧化碳激光器進行切割。

本發明也提供吻切標簽組件的各種方法，包括在內襯之上含一層或多層薄膜。薄膜一般為本文所述的聚烯烴薄膜，加入上述處理劑，增加光波長為10.6μm和/或10.2μm的薄膜的吸光度。薄膜也能夠以一定拉伸比在某些方向上拉伸，提高薄膜的激光可切割性。

本發明也提供在不增加激光器功率的情況下提高激光切割速度的各種方法，即通過(i)在聚合物膜內加入一定濃度的某些處理劑，例如聚烯烴膜，可以是聚乙烯和類似材料，和/或(ii)將薄膜在某些方向上拉伸到特定拉伸比。所述方法對于提高二氧化碳激光器的激光切割速度和/或切割聚乙烯等聚合物材料特別有用。

本發明也提供可方便激光器，尤其是二氧化碳激光器切割的各種薄膜。所述各種薄膜可以是單層薄膜，也可以包括多層聚合物材料。本文還進一步詳細介紹了本發明的這些和其他方面。

吸光度

將注意力轉移到本發明的各個方面之前，了解材料的吸光度、吸光度測量方法以及吸光度如何量化等具有指導意義。

在光譜學中，材料吸光度(也稱為光密度)指的是輻射到材料的量與傳播通過材料的輻射量的對數比。吸光度材料通常在分析化學中進行。在物理學中，“光譜吸光度”一詞等同于“光譜吸收比,”或“吸收率”。緊密相關的術語是下文描述的“透光率”。

光(λ)某個波長時的吸收度(表示為aλ)是一個量化測度，以等式(1)表示：

因此，吸收度aλ指的是落在材料的輻射io(穿透材料前的輻射強度或入射輻射)與穿透材料的輻射i(穿透材料的輻射強度，或穿透輻射)之間的無符號對數比。為此，吸光度與透光率t緊密相關：

aλ＝log10(t^-1)＝-log10t.(2)

“吸收率”一詞指的是吸收光的物理過程，而“吸光度”指的是數學量。

盡管吸光度沒有單位，但是有時會使用“吸光度單位”，或au。但是，包括科學研究人員在內的許多人錯誤地使用這些任意單位來描述從吸光度測量實驗中獲得的結果。

一般而言，材料的吸光度使用分光光度法進行測量。這涉及到引導光通過所關注的材料和記錄光量以及傳輸到探測器的波長大小。利用此信息，可以確定被吸收的波長。從等式(1)可以看出，光源的透射強度為io。傳統樣品的光的強度為i。然后，可以通過等式(1)確定特定波長條件下材料的吸光度。

透明樣本或材料的吸收和散射行為將確定穿透的光量，以及物體如何在透明材料中顯現。

總透光率是透射光與入射光之間的比。它受樣本或材料的吸收和反射特性的影響。總透射光由直接透射光和漫射光組成。根據漫射部分的角向分布，透明樣本顯現不同。

肉眼觀擦一般可以區分兩種現象，廣角和窄角散射。

廣角散射效應會變模糊。光在所有方向漫射，導致喪失對比度。astmd1003將霧度定義為穿透光的百分比偏離入射光束平均大于2.5度。

窄角散射影響透視質量和透明度。光以小角度范圍，高濃度漫射。此效應描述的是通過樣本或材料可以看到的微細節。透視質量或透明度一般在角度范圍小于2.5度時進行確定。霧度和透明度質量的測量和分析有助于促進產品質量均勻一致，并幫助分析影響工藝參數和材料性質，例如，原材料的冷卻速率或兼容性。

霧度計提供對薄膜透明度的客觀測量。在霧度計中，光束穿透樣本，進入積分球。積分球的內表面均勻地涂有一層無光澤白色材料，用以允許漫射。積分球中探測器測量總透光率和透光霧度。積分球出口安裝的環形傳感器檢測到窄角散射光，反過來提供透明度的指示。oaklandinstrumentcorp.公司提供的名為hazegardplus的市售儀器就是霧度計的一個示例。

處理劑

可以將各種處理劑加入本發明的聚烯烴薄膜中，尤其是聚乙烯。第一組處理劑為無機處理劑，包括，例如(i)二氧化鈦、(ii)二氧化硅顆粒，(iii)涂有二氧化鈦的云母顆粒，(iv)納米粘土和無機ir漫射體和(v)及其組合。這些無機處理劑加入不透明或白色薄膜后可以起很大的作用。

可以利用各種品級和類型的二氧化鈦顆粒(tio2)來使薄膜呈白色，薄膜的白色顏色或多或少取決于二氧化鈦顆粒的濃度。這些顆粒廣泛應用于白色聚丙烯薄膜。不同的聚丙烯(pp)薄膜，其tio2的濃度不同，介于0％到20％之間。tio2濃度僅5％時，會將實際上不可激光切割的薄膜(使用10.6μmco2激光器)轉換為可激光切割的pp膜。一般情況下，tio2濃度越高，切割性越好，即，這些薄膜切割所需的能量較低，濃度超過25％時，對激光可切割性一般無影響。此“飽和”水平取決于膜厚度和方向，也取決于所生產的薄膜的類型，例如，薄膜是否吹塑膜、拉幅膜或氣泡膜。二氧化鈦的顆粒尺寸一般小于1μm，例如，dupont提供的名為ti-pure的二氧化鈦。

二氧化硅顆粒的品級和類型沒有具體限制。例如，可以使用天然和/或合成二氧化硅顆粒。可以使用二氧化硅填料母料，尤其是聚乙烯或聚丙烯中的二氧化硅濃縮液。適用的市售二氧化硅的示例包括但不僅限于a.schulmaninc出售的polybatchir1515和/或ir2994。在許多實施例中，二氧化硅以從7.5％到15％的重量百分比加入聚烯烴樹脂，尤其是聚乙烯和/或聚丙烯。

如前所述，無機處理劑可包括涂有二氧化鈦(tio2)的云母顆粒。云母顆粒一般為片狀，但是本發明包括各種其他形狀和構型。云母顆粒一般為片狀，利用光散射測量，95％的顆粒的長度大小在1到15微米之間。一般的平均顆粒尺寸為4微米。但是，須認識到的是，本發明包括終端應用中適用的任何顆粒尺寸的使用。云母涂有二氧化鈦。市面上有銷售各種類型和品級的涂有二氧化鈦的云母，均可以在本發明中使用。此類帶涂層云母的示例包括但不僅限于basf出售的magnapearl3000。在許多實施例中，二氧化鈦涂層云母以從2％到20％的重量濃度加入聚烯烴，尤其是，2.5％到10％，對于某些實施例，5％效果最佳。

如上所述，無機處理劑也可包括納米粘土和無機ir漫射體。無機ir漫射體的代表性示例包括但不僅限于colortech出售的名為colortech100lt7969、colortech100lm4529和colortech100lm4559的產品。

第二組處理劑為有機處理劑，例子包括(i)含至少一種醋酸乙烯酯基團的聚合物，(ii)含至少一種乙烯醇基團的聚合物，(iii)聚對苯二甲酸乙二酯(petg)，(iv)某些丙烯酸樹脂，例如聚甲基丙烯酸甲酯(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)，(v)聚酰胺纖維，及其(iv)組合。這些有機處理劑加入透明薄膜后可以起很大的作用。在某些應用中，這些處理劑加入不透明，尤其是白色薄膜后可以起很大的作用。

在本發明的許多實施例中，有機處理劑可以是醋酸乙烯酯和/或含醋酸乙烯酯基團的處理劑，流入，乙烯醋酸乙烯酯和/或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。在使用乙烯和醋酸乙烯酯共聚物的本發明特殊應用中，共聚物中醋酸乙烯酯含量的范圍在2.5％到55％以內。乙烯醋酸乙烯酯和/或乙烯醋酸乙烯酯共聚物在市面上非常常見。例如，乙烯醋酸乙烯酯共聚物可以從celanesecorporation公司出售的名為ateva購買。合適的品級包括含18％乙烯醋酸乙烯酯的ateva1821a。乙烯醋酸乙烯酯共聚物還可以從arkema公司出售的名為evatane購買。合適的品級包括含28％乙烯醋酸乙烯酯的evatane28-03。各種品級的乙烯-乙烯醇和/或含有乙烯-乙烯醇的成分可以用作有機處理劑。在某些應用中，evoh中乙烯醇的重量百分比約為62.5％。在許多實施例中，有機處理劑包括改性聚烯烴共聚物樹脂，它是至少烯烴單體和至少含有單體的酯基的反應產物，例如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯丙烯酸酯共聚物、丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯共聚物。有機處理劑也可以是聚對苯二甲酸乙二酯(petg)形式，和/或其派生物。某些丙烯酸樹脂可以用于有機處理劑，例如，聚甲基丙烯酸甲酯(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)。有機處理劑也可以是非晶態聚酰胺纖維或脂肪族聚酰胺。在有機處理劑為聚酰胺纖維的某些實施例中，聚酰胺纖維可以是非晶態聚酰胺纖維或結晶聚酰胺纖維。對于聚酰胺纖維為結晶聚酰胺纖維的應用，可以使用nylon-mxd6，它包括由間苯二甲胺(mxda)制成的一系列聚酰胺。nylon-mxd6是由mxda與己二酸凝結而成的結晶聚酰胺。nylon-mxd6是主聯含芳族環的脂肪族聚酰胺，因此，可以區別于聚酰胺纖維6和聚酰胺纖維6,6。其中一個或多個這些有機處理劑的其他細節結合本發明的薄膜進行介紹。

關于有機處理劑量的選擇，聚烯烴材料中有機處理劑的總量要占重量的2.5％到55％，尤其是從15％到50％。在某些實施例中，如果有機處理劑包括醋酸乙烯酯和/或含處理劑的醋酸乙烯酯，則關于有機處理劑量的選擇，聚烯烴材料中醋酸乙烯酯的總量要占重量的2.5％到15％，尤其是從7.5％到15％，在某些應用中，約為10％。

使用的第三組有機處理劑為huntsmaninternational,llc出售的名為krystagram的丙烯酸樹脂、聚苯乙烯(ps)、聚乳酸(pla)、聚碳酸酯(pc)和熱塑性聚氨酯(tpu)。pla和ps均不兼容于聚乙烯(pe)。制作薄膜時，一般不降pla和ps混入pe，這是因為材料不兼容，會造成不良混合和不良機械特性。但是，在本發明的某些實施例中，可以使用這些材料(即pla和ps)，也可以通過將丙烯酸樹脂和聚碳酸酯混合，作為多層薄膜的一層進行使用。一般而言，pla與ps之間需要一層增黏層。

還須認識到的是，可以使用上述一種或多種無機處理劑和上述一種或多種有機處理劑的組合物。

在形成薄膜前，往膜材料中加入各種處理劑，這種做法能夠使處理劑相對均勻地在薄膜內分布，而不是在薄膜上形成涂層或者不均勻分布在薄膜內。可以利用各種方法將一種或多種處理劑加入薄膜材料。在許多實施例中，處理劑加入處于可流動或液態的薄膜材料。可以使用傳統混合和/或攪拌操作使一種或多種處理劑在薄膜材料中均勻散開。形成含上述處理劑的改性聚烯烴薄膜材料后，可以使用傳統方法形成薄膜。

在某些實施例中，一種或多種處理劑與一種或多種聚烯烴組合，形成改性聚烯烴，使得改性聚烯烴的薄膜的透明度堪比無處理劑的聚烯烴的薄膜。本文使用的“堪比”一詞指的是改性聚烯烴的薄膜的透光率相當于聚烯烴薄膜的透光率。尤其是，該術語指的是改性聚烯烴薄膜的透光率在無處理劑的聚烯烴薄膜的透光率的90％以內，在某些實施例中，在95％以內，在特定實施例中，在100％以內。本文使用的“透光率”一詞指的是薄膜對于可見光的透明度。可以使用技術領域中使用的透明度計測量透光率，astmd1746一般會對此進行規定。

薄膜

如上所述，本發明針對的是可激光切割且激光器可高效切割、塑形和/或成型的聚烯烴膜。聚烯烴包括烯烴的均聚物或共聚物，烯烴是擁有一個或多個碳-碳雙鍵的脂肪族烴。烯烴包括烯屬烴(烯屬烴包括1-烯烴，也稱為α-烯烴，例如1-丁烯和碳鏈的非終結碳原子上擁有碳-碳雙鍵的內部烯烴，例如2-丁烯)，擁有一個或多個碳-碳雙鍵的環烯烴(例如環己烯和降冰片二烯)，以及環狀多烯，環狀多烯為含有兩個或兩個以上碳-碳雙鍵的非環脂肪族烴(例如，1,4-丁二烯和異戊二烯)。聚烯烴包括由單個烯烴單體制成的烯烴均聚物(例如聚丙烯均聚物)、由至少一個烯烴單體和一個或多個其他烯烴單體組成的烯烴共聚物(其中，第一列烯烴是此共聚物的主要成分，例如丙烯-乙烯共聚物和丙烯-乙烯-丁二烯共聚物)、由單個環烯烴單體制成的環烯烴均聚物、由至少一個環烯烴單體和一個或多個烯烴單體制成的環烯烴共聚物(其中第一列環烯烴為此共聚物的主要成分)以及上述任何烯烴聚合物的混合物。

在一個實施例中，薄膜是一個或多個聚合物或聚合物成分的混合物。例如，薄膜可以是包括一種或多種聚烯烴和乙烯醋酸乙烯酯共聚物(eva)的單層膜形式，聚烯烴和乙烯醋酸乙烯酯共聚物的混合比例為60％到80％聚烯烴和20％到40的乙烯醋酸乙烯酯，在特殊應用中，比率為80/20、70/30和60/40。

在一個實施例中，所述薄膜包括一層核心層和至少一層表層。所述表層可以是一層可印刷表層。在一個實施例中，所述多層薄膜包括一層核心層和兩層表層，其中，至少一層表層可印刷。在另一個實施例中，所述多層薄膜是一個五層膜，包括兩層表層、兩層增黏層和一層核心層。每層增黏層定位在表層與核心層之間。在許多應用中，多層薄膜，例如上述三層或五層薄膜可以利用對稱布局，其中，表層成分相同，和/或增黏層的成分相同。

在一個實施例中，薄膜包括無鹵素多層薄膜，所述多層薄膜包括(a)核心層，核心層包括乙烯或丙烯與α-烯烴的共聚物，所述核心層分上下表面，(b)一層或多層表層，在核心層的上表面，其中，所述表層包括聚烯烴或聚烯烴混合物，和(c)一層或多層可印刷層，在核心層的下表面。

所述印刷表層包括至少一個聚乙烯(pe)和至少一個聚丙烯(pp)。所述聚乙烯的密度高達0.97g/cm³，或從0.86或0.87到0.94g/cm³。聚乙烯可包括超低密度聚乙烯(vldpe)、低密度聚乙烯(ldpe)、線型低密度聚乙烯(lldpe)、中密度聚乙烯(mdpe)、高密度聚乙烯(hdpe)或任何前述聚乙烯的混合物。聚乙烯混合物可包括兩種或兩種以上同一類型的聚乙烯，例如，兩種線型低密度聚乙烯的混合物，或者可包括兩種或兩種以上不同類型的兩種或兩種以上聚乙烯，例如，lldpe和mdpe的混合物。vldpe的密度一般為0.88到0.915g/cm³，可包括通過茂金屬或ziegler-natta(z-n)催化劑，從乙烯和含有3-20個碳原子的α-烯烴共聚用單體制備而成的聚乙烯共聚物，其中，共聚用單體的含量超過4到25摩爾百分比。一般而言，相比z-n催化劑，茂金屬催化劑在聚合物上均勻分流和均勻性較佳。ldpe的密度一般從0.86或0.87到0.935不等，可包括聚乙烯均聚物、由乙烯和一個或多個c3-c20α-烯烴共聚用單體制成的聚乙烯共聚物、或任何前述聚合物混合物，其中ldpe使用自由基催化劑在高壓條件下制備而成。ldpe短鏈和長鏈支化。lldpe的密度一般從0.86或0.87到0.93g/cm³不等，可包括使用z-n或茂金屬催化劑從乙烯和一個或多個c3-c20α-烯烴共聚用單體制成的聚乙烯共聚物，其中，共聚用單體含量為2.5到3.5摩爾百分比。lldpe擁有短鏈支化。mdpe的密度一般從0.925到0.94g/cm³不等，可包括使用z-n或茂金屬催化劑從乙烯和一個或多個c3-c20α-烯烴共聚用單體制成的聚乙烯共聚物，其中，共聚用單體含量為1-2摩爾百分比。本發明一個實施例中的印刷表層(a)包括由ziegler-natta催化劑制成的低粘度lldpe和由茂金屬催化劑制成的lldpe。由z-n催化劑制成的低粘度lldpe通過使用astm方法d1238，在190℃/2.16kg條件下的熔融指數為3-40、5-30或7-20，單位g/10分鐘。上述聚乙烯可采購自樹脂供應商，例如dowchemical公司和exxon-mobilchemical公司。常用z-n聚乙烯的具體例子包括dow出售的dowlex2517；來自huntsman的chevronphillips出售的l2101或l8148(熔融指數0.9)和marflex7105dl(熔融指數0.5)。dowlex2517的密度為0.917g/cc，熔融指數為25g/10min，l2101的熔融指數為24g/10min。茂金屬催化lldpe的示例包括exxon-mobilexact4049(密度0.873g/cc和熔融指數4.5g/10min)；和dowaffinity8200g(密度為0.870g/cc)和affinitykc8852(熔融指數3.0)。市面上銷售的hdpe的一個例子就是dowchemical公司出售的hdpedmda8904nt7。

聚丙烯可包括聚丙烯均聚物、聚丙烯共聚物或任何前述聚合物的混合物。可使用z-n或茂金屬催化劑制備聚丙烯。在某些應用中，聚丙烯為均聚丙烯。例如，flinthillsresources出售的p4g3z-050f。

在另一個實施例中，聚丙烯可能是丙烯共聚物，所述丙烯共聚物包括丙烯與重量約為40％、選自含約4-12或4-8個碳原子的乙烯和α-烯烴的至少一個α-烯烴的聚合物。常用α-烯烴的例子包括乙烯、1-丁烯、1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-庚烯和1-辛烯。在一個實施例中，本發明使用的丙烯的聚合物包括丙烯與乙烯、1-丁烯、1-己烯或1-辛烯的聚合物。本發明使用的丙烯α-烯烴聚合物包括隨機和嵌段共聚物，但是隨機共聚物尤其有用。在一個實施例中，薄膜無耐沖擊共聚物。可以使用兩種或兩種以上丙烯共聚物的混合物以及丙烯共聚物與丙烯均聚物的混合物。

在一個實施例中，丙烯共聚物為乙烯含量約從0.2％到10％的丙烯-乙烯共聚物。在另一個實施例中，乙烯含量約占3％到10％，或者3％到6％。關于丙烯-1-丁烯共聚物，1-丁烯比重最好占15％。在一個實施例中，1-丁烯含量一般從占比重3％到15％不等，在其他實施例中，范圍可占比5％到15％。丙烯-1-丁烯共聚物可包含占比35％的1-丁烯。在一個實施例中，1-丁烯的量占比約為25％。本發明使用的丙烯-1-辛烯共聚物可包含占比40％的1-辛烯。更多時候，丙烯-1-辛烯共聚物可包含占比20％的1-辛烯。

制備本發明的薄膜面材使用的丙烯共聚物可使用所述領域技術人員熟悉的方法進行制備，而且市面上有銷售許多此類共聚物。例如，本發明使用的共聚物可使用單點位茂金屬催化劑，通過使丙烯和α-烯烴(例如乙烯或1-丁烯)發生共聚反應來獲取。

在一個實施例中，外層或印刷層從比重來講，包括約60％到90％的至少一種聚乙烯，和約10％到40％的至少一種聚丙烯。在另一個實施例中，印刷表層包括約70％到90％的至少一種聚乙烯，和約10％到30％的至少一種聚丙烯。在另一個實施例中，印刷表層包括約37-53％的低粘度znlldpe，約23-37％的茂金屬lldpe和約10-40％丙烯均聚物。

在另一個實施例中，其他或表層包括約50％到100％的高密度聚乙烯hdpe和約10％到50％的lldpe。須認識到的是，在某些實施例中，在三層結構(eva在核心層)和五層結構(eva層被pp或hpp的兩層所包圍)中，hdpe用作表層的底材。

在特定實施例中，多層薄膜是一個三層對稱膜，其中，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(eva)在核心層，100％高密度聚乙烯(hdpe)在每個表層。這些薄膜的每種材料均在單獨的層上，單獨層用其厚度占總膜厚的比率進行定義。在這些配方中，eva層占比約為50％到80％，hdpe占比約為10％到30％，特殊比率為15/70/15、20/60/20、22.5/65/22.5和25/50/25。所有原材料均可以在市面上買到，例如dowchemical公司出售的hdpedmda8904nt7。

在一個實施例中，多層薄膜是一個五層對稱膜，其中，核心層有一個或多個乙烯-乙烯醇(evoh)共聚物。可以使用的evoh共聚物有很多，但是具有代表性的這類材料是kurarayamerica公司出售的evalcag176b，其中，乙烯醇含量為52％(摩爾百分比)。所述五層對稱膜可包括兩層表層(均含hdpe)，在某些應用中，只含hdpe，即表層百分比是hdpe。在核心層和各表層之間有一個增黏層或中間層。盡管可以使用的增黏層很多，但是具有代表性的例子是包括乙烯、丙烯酸乙酯和順丁烯二酸酐的隨機三元共聚物的層，例如，arkema公司出售的lotader4700。此類三元共聚物一般包括大約30％的丙烯酸乙酯和大約1.5％的順丁烯二酸酐。但是，須認識到的是，本發明包括其他可用于一層或多層增黏層的三元共聚物、聚合物和/或聚合物成分。例如，在某些實施例中，增黏層包括一種或多種選自由烯烴和其他極性基團的共聚物或三元共聚物組成的化合物，例如醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸酯、乙基丙烯酸酯、丙烯酸丁酯、順丁烯二酸酐。

在另一個實施例中，多層薄膜是一個五層對稱膜，其中，核心層有一個或多個聚甲基丙烯酸甲酯(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)共聚物。可以使用的pmma的例子包括但不僅限于arkema,inc出售的plexiglasvm100。在某些應用中，核心層僅包括pmma。多層薄膜也包括兩層表層，均包括hdpe。在某些應用中，每層表層只包括hdpe。所述多層薄膜也包括一層增黏層，布置于每層表層與核心層之間。所述增黏層包括乙烯、丙烯酸乙酯和順丁烯二酸酐的三元共聚物。增黏層材料的例子包括但不僅限于上述lotader4700。在某些應用中，每層增黏層只包括lotader4700。

在另一個實施例中，多層薄膜是一個五層對稱膜，其中，核心層有一個或多個聚對苯二甲酸乙二酯(petg)共聚物。可以使用的petg共聚物的示例包括但不僅限于eastmanchemical公司出售的cadencecopolyestergs2。在某些應用中，核心層只包括petg共聚物。多層薄膜也包括兩層表層，均包括hdpe。在某些應用中，每層表層只包括hdpe。所述多層薄膜也包括一層增黏層，布置于每層表層與核心層之間。增黏層可包括上述lotader4700。在某些應用中，每層增黏層只包括lotader4700。

在另一個實施例中，多層薄膜是一個五層對稱膜，其中，核心層有一個或多個聚酰胺纖維mxd6共聚物。可以使用的聚酰胺纖維共聚物的例子包括但不僅限于mitsubishigaschemical公司出售的polyamidemxd6。在某些應用中，核心層只包括聚酰胺纖維mxd6共聚物。多層薄膜也包括兩層表層，均包括hdpe。在某些應用中，每層表層只包括hdpe。所述多層薄膜也包括一層增黏層，布置于每層表層與核心層之間。增黏層可包括上述lotader4700。在某些應用中，每層增黏層只包括lotader4700。

在五層薄膜的特殊實施例中，要使用特定的層厚。以下層厚度百分比基于五層薄膜的總厚度。每層最外表層的厚度可以相同或不同，一般均在5％到45％的范圍內，尤其是10％到40％，在一些應用中，為17.5％到35％。核心層的厚度一般為從5％到75％，尤其是從10％到70％，在某些應用中，為15％到50％。每層中間層(即，核心層與表層之間的層)的厚度可以相同或不同，一般均在2％到15％的范圍內，尤其是5％到10％，在一些應用中，為7.5％。

在本發明的許多實施例中，薄膜可激光切割，即，可以使用二氧化碳激光器輕松切割，展現出出色的膜透明度，同時，展現出色的縱向和橫向剛度。

本文從各個方面介紹了可激光切割的薄膜。通過遵守以下一個或多個要點，薄膜可表現出良好或出色的激光可切割性。激光切割后，沿薄膜邊緣的銳利面無或基本無薄膜殘余和膠粘劑(如有)。激光切割后，只要對薄膜上暴露于激光器的邊緣或面的膜材料進行稍微處理即可。對于直線型或者線型切口，形成的切面相對較直，而不是鋸齒狀的或不規則。

本文所述的出色透明度在至少80％的透明度時出現，尤其是大于90％，在某些實施例中，大于95％。對應的出色霧度值在霧度小于20％時發生，尤其是低于10％時，在某些實施例中，小于5％。在本發明的某些實施例中，含本文所述一種或多種處理劑的聚烯烴膜的透明度堪比無此類處理劑的薄膜的透明度。

從楊氏模量來看，本文所述薄膜在縱向上的高剛度在從7kpsi到550kpsi的范圍內。在某些實施例中，薄膜在縱向上的楊氏模量至少150kpsi。薄膜的楊氏模量根據astmd882進行測量。

薄膜的拉伸和方向

在本發明的許多實施例中，可在激光切割前，通過拉伸薄膜，改善聚烯烴薄膜的激光可切割性。尤其是，拉伸到特定拉伸比和/或橫向拉伸，或者至少與激光切割方向相反，可以降低激光切割對能量的要求。對于橫向(cd)激光切割，薄膜縱向(md)拉伸，以形成mdo膜。然后，可以使用相對較低的功率電平(相比非拉伸薄膜)以縱向(即cd)的方式激光切割mdo膜。us6,835,462、us2009/0297820、us5,709,937、us5,451,283和us2013/0192744中其中一個或多個介紹了聚合物膜的拉伸和此類工藝所用的設備。

在本發明的某些實施例中，拉伸到拉伸比在3:1到15:1范圍內的薄膜，尤其是從5:1到10:1的薄膜與成分相同，但不拉伸的薄膜相比，表現出更佳的激光可切割性。

制作本發明的聚烯烴薄膜時可以使用的方法很多。具有代表性的此類方法的例子包括但不僅限于鑄模以形成澆鑄膜、拉幅以形成拉幅膜、定向以形成定向膜或在膜制作期間避免定向以形成非定向膜。

下表1和2給出了本發明中各種單層膜和多層膜的其他細節和方面。

表1：本發明的代表性薄膜

表1中的層比率為層厚比率，使用每一層在特定多層膜中的厚度百分比進行表示，依據的是多層薄膜的總厚度。

表2：某些市售材料的詳細信息

表2提供了市面上可用作一種或多種有機處理劑結合聚烯烴材料和/或與本文所述薄膜配合使用的特定材料的其他細節。

各種薄膜還可包括一種或多種其他熱塑性聚合物。所述一種或多種熱塑性聚合物可包括除了聚乙烯和聚丙烯以外的聚烯烴、烯烴不飽和羧酸或不飽和羧酸派生共聚物、苯乙烯基聚合物或共聚物、聚氨酯、聚氯乙稀、聚碳酸酯、聚酰胺、氟塑料、聚(甲基)丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚酯或任何前述聚合物的混合物。在某些應用中，薄膜或多層薄膜的一層或多層包括一種或多種乙烯醋酸乙烯酯(eva)共聚物。市面上銷售的此類共聚物的例子為celanese出售的ateva1821。

各層還可包括美國專利號6,821,592中描述的一種或多種添加劑。所述一種或多種添加劑可包括成核劑、防粘劑、加工助劑、滑爽劑、防靜電劑、顏料、成泡劑、無機填充劑、抗氧化劑或任何前述添加劑的混合物。

薄膜的總厚度從約25微米到300微米或以上不等。這些厚度值包括可能布置于薄膜或薄膜外層上的一層或多層膠粘層。在某些實施例中，薄膜和膠粘劑的總厚度從50微米到150微米不等。在特定實施例中，薄膜(無膠粘劑)的厚度從25微米到90微米不等。

附圖1所示為標簽組件10的橫截面示意圖，所述標簽組件包括一個或多個聚合物膜20，尤其是至少一個聚烯烴膜，一個或多個膠粘區或膠粘層30和內襯40或內襯組件。膠粘層30布置在膜20和內襯40之間。膜20可包括任何上述薄膜和/或材料，且在某些實施例中，可能采用多聚合物膜的形式。膠粘劑30可以是標簽結構中常用的任何膠粘劑，例如，一種或多種壓敏膠粘劑。內襯40可以是一個或多個紙質內襯，一個或多個聚合物內襯或紙質和聚合物材料的組合。在某些實施例中，內襯為聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)。標簽組件10定義薄膜外面22和反向的內襯底側42。

如上所述，薄膜20可以是單層形式，即，單層，或者多層，即多層薄膜。附圖2所示為單層膜20a。所示膜20a可以包括與本文所述一種或多種處理劑結合形成層a的一種或多層聚合物成分。處理劑可包括本文所述的無機處理劑和/或本文所述的有機處理劑。各種處理劑通常，尤其是均勻在膜20a內和/或整個膜上分散。在一個應用中，層a包括一種或多種無機處理劑，在包括至少一種聚烯烴的聚合物成分矩陣上分散。在另一個應用中，層a包括一種或多種有機處理劑與聚乙烯混合。在某些實施例中，膜20a用在至少有一個區域可激光切割的組件上，則可能無處理劑。

附圖3所示為雙層薄膜20b的示意圖。雙層薄膜20b的兩層可能成分相同或各不相同。在一個應用中，一層(例如層b)包括無任何處理劑的一種或多種聚烯烴，另一層(例如層c)包括一種或多種分散在包括至少一種聚烯烴的聚合物矩陣內的無機處理劑。

附圖4所示為三層薄膜20c的示意圖。三層薄膜20c的三層可能成分相同或各不相同。在某些應用中，層d和f成分相同。在某些應用中，在層d、e和f的一層或多層加入了一種或多種處理劑。例如，所述三層薄膜20c的特定版本包括層d和層f，兩層均包括一種或多種聚烯烴，這兩層無處理劑，層e包括一種或多種有機處理劑與一種或多種聚合物成分結合使用。

附圖5所示為五層薄膜20d的示意圖。五層薄膜包括表層g和k、核心層i和增黏層h和j。如圖所示，每一層增黏層h，j布置在對應表層g,k與核心層i之間。關于層g、h、i、j和k，請參考本文的介紹。

方法

本發明提供涉及激光切割的各種方法。在一個實施例中，本發明提供一種使用二氧化碳激光器激光切割聚烯烴薄膜的方法。所述方法包括提供一種聚烯烴材料。所述方法還包括在所述聚烯烴材料中加入至少一種處理劑。所述處理劑選自由至少一種無機處理劑、至少一種有機處理劑及其組合組成的基團，進而形成吸光度增強的改性聚乙烯材料。如上所述，加入上述處理劑期間，聚烯烴材料一般處于流動或液態。所述方法還包括從所述改性聚烯烴材料中形成薄膜。而且，所述方法還包括使用至少一種二氧化碳激光器，激光切割薄膜。所述薄膜可以是單層或多層薄膜。所述處理劑可以加入多層薄膜的一層或多層。

在另一個實施例中，本發明提供一種提高使用二氧化碳激光器激光切割聚烯烴薄膜的速度，而不增加激光器輸出或工作周期的方法。所述方法包括提供一種聚烯烴材料。所述方法還包括在所述聚烯烴材料中加入至少一種處理劑。所述處理劑選自由至少一種無機處理劑、至少一種有機處理劑及其組合組成的基團，進而形成吸光度增強的改性聚乙烯材料。所述方法還包括從改性聚烯烴材料制成薄膜，以及使用至少一個二氧化碳激光器進行薄膜激光切割。

所述激光切割可以完全切透薄膜或層壓膜的厚度。在某些實施例中，激光切割可能只部分切割薄膜的厚度。切割本文所述的薄膜時，激光切割的典型線性速度取決于激光器功率、待切割材料和所切割的標簽形狀。典型的線性輪轉機速率可高達500mm/秒(30m/min)，或者在某些應用中，達到更高的水平，例如高達1,000mm/秒(60m/min)。

如上所述，在許多應用匯總，要求吻切一層或多層膜層和一層或多層膠粘層(可選)，而不損壞或切割內襯層。附圖6所示為一種吻切標簽組件110的方法100，包括一層或多層膜層120、一個內襯或內襯組件140和層之間布置一層膠粘層130。所述標簽組件定義一個膜面122。所述方法涉及提供上述二氧化碳激光器150。所述激光器工作時可發出指向膜面122的激光束155。在本發明的實施例中，吻切標簽組件110時，膜層120和膠粘層130(可選)被激光束155切割，從而形成切割線160，而避免損壞或切割到內襯140。須認識到的是，可通過移動激光器150、移動標簽組件110、或移動激光器150和標簽組件110來形成切割線160。

在許多數字加工生產線中，激光器的功率電平一般在200w到1000w的范圍內，在許多應用中，使用一個或兩個400w激光器。所述領域技術人員知道，激光器通常以某些間隔或某些脈沖時長的頻率進行脈沖。對于這兩個參數，其中一個可以定義工作周期或激光輻射的時間百分比。工作周期等于頻率乘以脈沖時長。例如，60％工作周期指的是激光器在特定時期內60％的時間處于打開狀態，40％的時間處于關閉狀態。在許多切割應用中，典型的工作周期在30％到100％的范圍內，許多切割應用中常使用50％到80％。

除了增強了本發明的耐用性和激光可切割性之外，薄膜還增強了油墨在外露薄膜上的附著力，并縮短了油墨固化時間。油墨在薄膜基材上的固化速度決定了質量(越快越好)和印刷時間。換言之，在特定基材(例如，標簽)上，油墨固化越快，印刷機運行就越快，進而提高印刷設備的工作效率和生產能力。許多實施例要求配設一個轉換器來實現油墨附著力與印刷速度的平衡，這是因為研究發現，油墨附著力與印刷速度呈反比關系。作為避免油墨附著力與熱壓速度之間相互矛盾的一種方式，開發了天生可印刷的薄膜(即，無涂層的薄膜，無論是面漆或印刷底漆)。或者，可在要印刷的面紙表面涂上一層印刷底漆或面漆。涂上面漆或底漆自然會提高油墨的附著力，但是在標簽紙上加一層這種材料也會提高標簽制作的成本。鑒于日益加強的食品接觸監管、行業對可持續性發展的逐步重視以及成本原因，急需有一種方法既能夠增強油墨附著力，也不會因為在標簽紙上涂一層面層而產生額外成本和時間。

本領域認為，樹脂配方加上表面處理可以實現所需的印刷/油墨附著效果，處理方法包括電暈、等離子或火焰處理或火焰等離子處理。在一個實施例中，可使用介于40:60和60:40之間的燃料氧氣比，從1,800-2,500btu/in對薄膜進行火焰或火焰等離子處理。作為一種工藝，表面處理會提高標簽紙表面的達因水平，從而相應增加油墨附著力。但是，印刷試驗意外發現油墨的固化速率增加。鑒于這個出乎意料的結果，其好處在于，即便印刷機轉換器的運行速度加快，但是通過增強表面處理，也仍然可以獲取相同的油墨附著力。固化速率提高造成印刷設備運行加快，進而提高生產能力和生產效率，反過來降低每單位面積成本。

示例

示例部分列出的薄膜樣品是使用傳統多層鑄制薄膜共擠工藝制作而成的。四個擠出機(a、b、c和d)將熔體配方供應到送料機構，熔體在這里組合，形成由四個不同層組成的單熔流。送料機構允許制作層結構為abcdcba的最多七(7)層多層薄膜。對于單層薄膜，四個擠出機加入相同的材料。對于三(3)層薄膜，擠出機a和b加入的材料與擠出機c和d不同。對于五(5)層薄膜，擠出機a、擠出機c和擠出機d均加入不同的材料。擠出機d材料與擠出機a相同。對于每個樣品，熔流澆鑄在鑄輥上，固化鍍鉻，然后由多個輥執行幅度張力控制。薄膜樣品層壓averys-692n或s7000膠粘劑以及bg40白紙內襯，以進行激光切割評估。

成功的配方必須符合三個條件：1-良好的激光切割性能，2-機械性能堪比相同厚度的pe膜，3-對于透明薄膜，透光率和霧度測量值相當于pe。

在一系列評估中，樣品1-13用于評估本發明所述的改性聚烯烴膜和此類薄膜的激光切割性能。下表3和4總結了與對照樣品1相比，樣品2-13中每個樣品的結構、處理劑和此類處理劑的濃度。eva-18表示含18％va的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，eva-28表示含28％va的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。樣品3和4提供含eva的pe的三層結構的兩個案例。薄膜可使用10.6um激光器進行切割，但是eva含量越高，薄膜的可切割性越佳。樣品5、6和7是不透明激光可切割pe薄膜不錯的例子。這些無機添加劑具有良好到優秀的工作窗口。樣品13給出了帶pp和eva的三層結構，eva與pe薄膜一致，具有很高的激光可切割性。

表3：樣品1-13

表4：樣品1-13的特性

在另一組評估中，制備了樣品14-20并進行上文所述的激光切割。下表5總結了樣品14-20中每個樣品的結構、處理劑和此類處理劑的濃度。

表5匯總了兩組試驗。在某些試驗中，使用hdpe取代hdpe和lldpe混合物，以及在五(5)層薄膜中使用pp層形成的薄膜具有較高的e模量。在其他試驗中，形成了hpp和eva的新混合物。基于pe(樣品15和19除外)的第一組的多數薄膜非常適合激光切割，并表現出良好的拉伸模量和薄膜透明度。第二組未得到高透明度，但是可以切割上述不可切割的透明薄膜。

在另一系列評估中，研究了開發一種可激光切割，且行為或特性類似于averydennison出售的名為pe85的聚乙烯薄膜的多層薄膜。獲取了結構為pe/eva/pp/eva/pe的多層薄膜樣品，并呈縱向取向。下表6匯總了這些樣品，并給出了縱向和橫向的楊氏模量測量值、cd和md厚度以及縱向和橫向抗張強度。然后，使用所述的hazeguard儀器執行光學測量。

為了將表6所列樣品的特性和測量與當前可用薄膜進行對比，對應的特性和測量獲取自averydennison出售的薄膜globalmdo、fasclear250和pe85。

在本發明的一個實施例中，多層薄膜樣品的特性堪比所述市售薄膜。而且，在某些方面中，薄膜樣品的特性優于所述市售薄膜。

在另一系列評估中，獲取、評估了多層薄膜的樣品，并與某些市售薄膜進行對比。

尤其是，獲取了兩種澆鑄膜和兩種mdo薄膜，如表7所示。測量了cd和md厚度值，并獲取了各種物理特性，如表7所示。

獲取了表7中樣品的其他物理測量，包括多個光學特征。表8匯總了此數據。

表8：樣品的特性和測量

表7和8中樣品的物理特性和特征可與表9中某些市售薄膜的特性和特征進行對比。

如表7-9所示，在本發明的一個實施例中，多層薄膜樣品的特性堪比所述市售薄膜，而在某些方面，則更優。對于表8中層壓在紙質內襯的樣品編號31、33和34，其輾制成形的激光切割和基體剝離均在工業用激光加工機器上獲得成功測試。在獨立試驗中，也成功測試了容器上的標簽的適用性。

毫無疑問，此技術經過未來應用和不斷發展，許多其他效益將逐漸凸顯出來。

本文所述所有專利、申請、標準和文章在此全部引用作為參考。

本發明包括本文所述特性和方面的所有可行的組合。因此，例如，如果在一個實施例中介紹的是一個特性，而另一個實施例中介紹的是另一個特性，須認識到本發明包括將這些特性組合在一起的實施例。

如上所述，本發明解決了許多與之前策略、系統和/或設備相關的問題。但是，必須認識到：為了解說本發明的本質，已經描述和圖示組件的細節、材料和布置，所屬領域的技術人員在不偏離所附權利要求書中記載的本發明的原則和范圍的情形下可以進行各種其他的改變。