用于容器的耐撕裂可剥离的密封件的制作方法

专利名称：用于容器的耐撕裂可剥离的密封件的制作方法
技术领域：
本发明涉及容器，并尤其涉及采用可回收多层结构的耐撕裂可剥离的密封盖。
相关申请的交叉引用本申请是2002年11月20日提交的美国专利申请号10/300,352的继续部分，其全部内容通过引用结合在此。
背景技术：
多层材料的片材已被用来制备密封件，以密封容器的开口以防空气和污染物。典型的密封材料由具有一层可热密封材料的金属箔片组成，以粘合所述箔与容器的唇缘，所述容器例如塑料盘型食物密封包装、瓶子或硬质泡沫密封包装(blister package)。当用于密封瓶子时，密封件通常从多层材料的片冲切(die cut)出来，并通过加热至来密封容器的唇缘。当容器是硬质泡沫密封包装，即在较大片材中的空腔时，所述密封件通常是薄片盖子形式的，其延伸横跨硬质泡沫密封包装的开口，或横跨多个这种硬质泡沫的阵列。含有可塑食物的盘子被广泛用于承装需要冷却或加热的膳食，并且通常比典型的硬质泡沫密封包装深，并具有提供小的表面的顶部唇缘，其上粘接有可移除的盖子，以密封所述密封包装。
密封件和盖子可以构造为具有从所述密封件的外围向外延伸的接头片，以便使用者可以抓住该接头片，以协助将密封件与所述容器分开。在密封件与硬质泡沫型密封包装使用的替换的配置中，所述密封件可以包括有划痕的边缘，该边缘可以被拿起，以提供抓握移开密封件。
密封件可以是外部的，如其中所述密封件是所述密封包装最外面部件的硬质泡沫材料的情况，或它可以是内部的密封件，例如在具有螺纹的颈状部分的容器，以供螺帽使用。内密封件通常从前述具有可热密封材料层的金属箔的多层片材冲切出来。然后所述内密封件被插入螺帽中，而螺帽被拧到所述容器的颈部上。随后带有帽的容器通过感应加热而加热铝箔，由此熔化可热密封材料层，以使内密封件可以粘合到容器上。
无论是用来密封硬质泡沫型密封包装或瓶状容器，满意的是所述密封件表现出耐撕裂性，包括耐咬裂(biting)。当想要防止小孩接近密封包装的内容物时，后者特别重要。
用于制造这种可剥离密封件的材料包括双轴取向的聚酯薄膜，例如在薄膜上涂覆有无定型聚酯的热封层的Mylar。所述密封件可以进一步包括在Mylar片的暴露表面上的印刷标记。该标记可以进一步覆盖第二Mylar聚酯薄膜层。在可选的配置中，具有反相印刷的标记在一个表面上的第二Mylar薄膜层被粘接在密封件的顶面，所以印刷的标记看起来恰当地定向，并被Mylar薄膜保护。
其它已知的结构体包括涂覆有乙烯-醋酸乙烯(EVA)热活化密封件的MylarRL43，以提供可剥离的密封件。出于前面所讨论的原因，盖子密封件必须提供尤其在剥离步骤期间的耐撕裂，其需要具有合理的柔韧性、具有耐水性或至少耐潮湿性、当用于密封包含需要加热的材料如食物时需要耐热性、可以在其至少一个暴露的表面上接受印刷、并且生产便宜。另外，满意的是这种密封件制造时它们存在很少(如果有的话)的处理问题，并且对环境友好。
授予Han并转让给3M公司的US 5,372,268公开了用于热封材料的多层结构体。这种结构体包括(a)用于粘接密封件与容器的密封材料层，(b)基本上不透空气和水分的层，和(c)增强材料层。所述密封材料层可以从任何适宜的粘合剂形成，例如可热密封薄膜、热熔粘合剂、非黏性压力活化型粘合剂、或剪切活化粘合剂。所述不渗透层可以由聚合物薄膜形成，例如聚氯乙烯，或金属薄，例如铝箔。增强层为多重薄膜，由层叠在一起的至少两层单轴取向薄膜组成，所述薄膜一层的强方向(strong direction)与另一层的弱方向(weak direction)交叉，以在全部方向上带来相等的强度，所以撕裂和拉伸强度在纵向、横向和对角方向增加。
现有技术中所公开的使用化学上相异的材料形成密封件往往会增加最终产品的厚度和刚性，同时由于当人们企图满足全有上述密封材料期望的属性时，增加了使用的材料层的数量及制造步骤的复杂性，从而增加了生产成本。具体来说，制造期间产生的废物的处理及使用丝网形成密封件带来了处理的问题。当产生的网状物表现出满意的高耐撕裂和不透湿或水的期望的特性时，这些问题全部会更加令人烦恼。因此，仍需要一种用于容器密封盖的材料，其制造相对容易且便宜，并具有对于例如这种盖子是满意的高度的耐撕裂性能，而且在需要时可以方便地处理。

发明内容
根据本发明，提供了一种用于容器的密封件，通过使用耐撕裂多层结构体作为部分密封结构体，使得其具有耐刺穿性和耐撕裂性，所述多层结构体由以下层组成a)具有顶面和内表面的取向的聚合物薄膜层；b)在所述取向聚合物层内表面上基本与其同延(coextensive)的热粘合聚合物层，所述热粘合聚合物层的厚度为所述取向聚合物薄膜层及热粘合聚合物层总厚度的10％-40％；以及c)增强的稀松布(scrim)聚合物层，其也具有与热粘合聚合物层相邻及基本同延的内表面。
还是根据本发明，所述聚合物薄膜层和粘合聚合物层是共挤出层，其具有的化学组成使得在回收时不需要将所述层分离。优选所述稀松布也具有相似的化学组成，能够在层叠后回收。这样对材料的选择使得可以通过简单回收完整的层叠结构体，来回收生产操作期间的废材料。本发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产品中。例如，废聚酯生产运转的材料可以被切碎，然后重新用于例如本领域中众所周知的造粒挤出机中，以制造回收的颗粒。回收的聚酯颗粒可以与新鲜或原料聚酯聚合物混合，随后混合物被再熔化和再挤出，以制备取向薄膜或其它产品。
热活化的粘合剂层可以涂覆在增强稀松布层的底面上，以提供用于粘接密封件与容器开口的需要的粘合剂。
还是根据本发明，所述热粘合聚合物层及增强的稀松布聚合物层各自单独地包括合成的缩合聚合物。所述合成的缩合聚合物各自包含聚合物形式的以下组分(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个碳原子的ω-氨基酸，或这种氨基酸的混合物。对于作为一个整体来看的结构体(1)在合成缩合聚合物中至少90摩尔％结合总量的羧酸或羧酸混合物是相同的羧酸，(2)在合成缩合聚合物中至少90摩尔％结合总量的二胺或二胺混合物合物是相同的二胺，(3)在合成缩合聚合物中至少90摩尔％结合总量的二醇或二醇混合物是相同的二醇，且(4)在合成缩合聚合物中至少90摩尔％结合总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层可以是双轴取向的聚对苯二甲酸乙二酯。
根据本发明，还可预期用能够将密封件与密封包装剥离的热活化粘合剂来将容器的开口，如瓶口或硬质泡沫密封包装的顶部敞开的一侧与稀松布层的下侧粘接。


图1所示为本发明多层密封结构体的示意性截面图。
图2所示为粘接到本发明密封件上的硬质泡沫密封包装。
图3所示为其中密封件被粘接到瓶型容器上的可选的实施方案。
图4所示为包括任选的附加层的可选的实施方案。
具体实施例方式
以下将参考附图来描述本发明，其中相同的数字表示相同的部件。提供的附图是对本发明的举例说明和解释，因此并不是按照比例绘制的，也不打算将其用于制造目的的工程图。这样，某些部件是夸大的，理解本发明所不需要的部件没有显示或仅部分显示。
以下参考图1，其显示了本发明耐撕裂密封件或盖子结构体10。所述密封件由至少三层组成。另外的层可以在所显示的三层之上或之下存在，但是没有将它们显示出，因为这对解释本发明是不重要的。形成密封件耐撕裂部分的三个层是顶层12、粘合层18和增强稀松布层20。
顶层12是可以由线性聚酯制成的取向的聚合物薄膜层12。典型的线性聚酯的特性粘数为约0.5-约0.8，以约0.6为最典型。优选的聚酯薄膜为双轴取向的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜及双轴取向的聚萘二甲酸乙二酯(PEN)薄膜。
尤其有用的是已双轴取向且热定型的聚对苯二甲酸乙二酯。这种材料在本领域中是众所周知的，并且被描述在通过引用结合在此的Stokes的US 4,375,494中。
聚对苯二甲酸乙二酯聚合物的制备技术对本领域的技术人员是众所周知的，并被描述在众多文献中，例如Encyclopedia of PolymerScience and Engineering，第二版第12卷，Wiley，N.Y.第1-313页中。所述聚合物通常是通过使适宜的二羧酸或其低级烷基二酯与乙二醇缩合而得到的。聚对苯二甲酸乙二酯是由对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。
取向的聚合物薄膜层12也可以包含颗粒的添加剂，例如用于改进产品的视觉外观或改进复合纸板结构对水蒸汽或其它气体的渗透性。含这种颗粒状添加剂薄膜的一个实例是含商购自DE Wilmington的Dupont Teijin Film、商品名为Mylar365T的约15％二氧化钛的双轴取向的聚对苯二甲酸乙二酯。另一种是含有UV吸收剂的Melinex389。其它类型和量的颗粒添加剂也可用于本发明中，例如阻燃剂、粘土、滑石及硅石。因为所用添加剂的量较小，所以回收制造废产物还是可能的。
取向的聚合物薄膜层12具有顶面14和内表面16。粘接在内表面16上的是热粘合聚合物层18。简单地说，热粘合聚合物层18可以与取向的聚合物薄膜层12及增强的稀松布聚合物层20的内表面形成粘结结合。通常，热粘合聚合物层18在用于形成薄膜复合材料的取向的聚合物薄膜层16的表面上形成。随后，通过施加可以软化层18，但是不足以软化或熔化取向的聚合物薄膜层16或增强的稀松布聚合物层20的足够高的压力和温度将所述复合材料粘接到增强的稀松布聚合物层20上。
热粘合聚合物层18可以包含聚酯树脂，尤其是衍生自一种或多种二元芳族羧酸，如对苯二甲酸、间苯二甲酸及六氢化对苯二甲酸，以及自一种或多种二元醇，例如乙二醇、二甘醇、三甘醇及新戊二醇的共聚聚酯。热粘合聚合物层18可以包含含有对苯二甲酸酯的聚酯。优选的共聚聚酯衍生自对苯二甲酸及间苯二甲酸与六氢化对苯二甲酸的一种或两种，以及优选乙二醇的一种或多种二元醇。在无定型状态下提供满意的粘合性能的示例性共聚聚酯为对苯二甲酸乙二酯与间苯二甲酸乙二酯的那些，尤其是摩尔比60至90摩尔％的对苯二甲酸乙二酯与相应的40至10摩尔％的间苯二甲酸乙二酯。特别优选的共聚聚酯包含70至85摩尔％的对苯二甲酸乙二酯与30至15摩尔％间苯二甲酸乙二酯，例如约82摩尔％的对苯二甲酸乙二酯与18摩尔％的间苯二甲酸乙二酯。
在制备本发明的密封结构体中，优选一同以薄膜复合材料的形式提供取向的聚合物薄膜层12与热粘合的聚合物层18，复合材料的厚度为千分之0.20英寸(密耳)至3密耳，更优选0.50至1.4密耳。
在其中取向的聚合物薄膜层12是双轴取向的聚对苯二甲酸乙二酯，热粘合聚合物层18是以上所述的共聚聚酯时，所述薄膜复合材料可以由例如广泛地描述在US 3,871,947中，包括通过多孔口模头的多重挤出或所述复合材料层共挤出，随后通过在一个或多个方面拉伸并热定型的方法方便地制得。一种用于共挤出、已知为单料道共挤出的方便的方法及装置描述在US 4,165,210中。所述方法包括同时地从两个不同的挤出机中挤出第一和第二聚酯料流，在通向挤出模头的集料管中将两种料流混合，并且在使两种聚酯互不混合地占据流动的显著区域的料流流动的条件下使两种聚酯一同经过模头，由此产生薄膜复合材料。
所述薄膜复合材料的聚对苯二甲酸乙二酯取向聚合物薄膜层的双轴取向可以通过依次在两个相互垂直的方向上、在通常约78-125℃的温度下拉伸所述复合材料来进行。一般来说，拉伸复合材料所施加的条件可以起到使热粘合聚合物层部分结晶的作用，在此情况下优选使薄膜复合材料在尺寸限制的条件下，在高于所述热粘合聚合物层结晶熔化温度但低于聚对苯二甲酸乙二酯取向的聚合物薄膜层结晶熔化温度的温度下热定型。然后，允许或使所述复合材料冷却，从而使热粘合聚合物层基本为无定型，同时在取向的聚合物薄膜层中维持高结晶度。因此，优选在拉伸操作后在尺寸限制的条件下、在温度范围为150-250℃下进行热定型。方便的拉伸及热定型方法描述在US3,107,139中。由此，在本发明的一个实施方案中，耐撕裂密封件或盖子结构体10包括由共挤出形成的薄膜复合材料，所以其包括两种不同材料制得的层，但是却形成一片薄膜。
这里所描述的，引入取向的聚合物薄膜层12及热粘合聚合物层18的共挤出薄膜复合材料可以商购自DE Wilmington的Dupont TeijinFilm，商品名为eMelinex301H。
上述复合材料被层叠成增强的稀松布层20。制造增强的稀松布聚合物层20的材料的合适实例为包含聚酯的织造的或非织造的纤维材料。一种适宜的非织造稀松布、纺织粘合的聚酯产品是可以得自BBAFiltration(TN Nashville的BBA Nonwovens的分公司)，其名称是StarWeb2253C，基础重量为约18g/m2，厚度为0.0038英寸。另一种也可以得自BBA Filtration的适宜的非织造稀松布是Reemay2004纺织粘合聚酯，其基础重量为约14g/m2。适合用于本发明的非织造稀松布的基础重量为约5-约18g/m2，优选约10-约20g/m2。
通常当要求高水平的拉伸和/或撕裂强度时，织造稀松布(双或三维的)也可以使用，而这些材料的基础重量可以是约15-约300g/m2。它们可以由多种聚酯制造，包括但不限于聚对苯二甲酸乙二酯和对萘二甲酸乙二酯。
下面参考图2，其显示了连接到图1的结构体下侧、用于容纳产物21的硬质泡沫型密封包装22。所述硬质泡沫型容器通过粘合剂层24可剥离地粘接在稀松布层20的底面17上。粘合剂层24可以是含有溶剂的EVA溶液以2-25gr/m2、优选范围为6-16gr/m2涂覆在稀松布层的底面上，优选地在稀松布层层叠在共挤出复合取向薄膜加上热粘合层之后的独立步骤中进行。优选地，可以使用溶剂基聚酯，或含水粘合剂，例如丙烯酸、EVA或聚酯。可选地，所述粘合剂层24可以被挤出到稀松布层底面之上。
所述粘合剂也可以被涂覆在将接触密封件的容器的暴露表面26上。所述粘合剂通常以连续层涂覆，但也可以在选定的区域印刷，例如在硬质泡沫密封包装唇缘周围以粘合剂的薄轮缘(thin bead)，或在稀松布底面上的以相应的轮缘印刷。通常所述粘合剂是热活化粘合剂，但也可以是压合式粘合剂。制造及密封硬质泡沫与瓶式密封包装的技术是众所周知的，实现这些功能的设备是商业上可获得的，包括Florida Clearwater的Klkner Medipak Inc的设备。
图3所示为本发明密封件的另一种应用。在此实例中，密封件被用来密封瓶型容器26的瓶口，所述容器典型的是用于以小丸子和胶囊形式的医用容器。在此情形下，所述密封件从一大片的密封材料裁减至一定的形状和尺寸，并使用涂覆到对应于瓶口下侧的粘合剂24′将其粘接上。这又可以是在硬质泡沫密封包装情况下所描述的连续层，或可以是涂覆到所述瓶口顶面上的粘合剂层。优选所述密封件包含小的接头片，以方便移除。
顶面14可以包括如图3中所示的印刷标记22。这种印刷标记可以包括标识语、图案、说明等。因此，优选所述层12应具有良好的印刷特性。为了改进聚对苯二甲酸乙二酯的保持墨水的性质，这种薄膜复合材料的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜一侧可以任选通过内嵌的凹板式涂布器用底漆材料进行涂覆，以改进其与例如水基和溶剂基涂料和粘合剂的粘合，由此提供可更容易印刷上的表面。印刷底漆通常为基于丙烯酸、聚氨酯、聚酯或其它本领域中已知树脂聚合物的水分散体、水乳液或水溶液。一种该涂层包括至少一种磺基聚酯、至少一种四嵌段共聚物树脂和至少一种丙烯酰胺/丙烯酸的共聚物或其盐的实例描述在Chappell等的US 5,985,437中。可用于本发明中的商业上可获取的涂有印刷底漆的聚酯薄膜可商购自De Wilmington的E.I.Dupont deNemours and Co.Inc，商品名称为Mylar854。
取决于期望的密封件功能，可以将另外的涂料或层涂覆在顶面14上。例如，这种涂料或层可以包括气体和水蒸汽阻隔层，即真空沉积的铝，或聚合物阻隔物涂层，例如由Dow Chemical Corp.生产的Saran的PVdc树脂，作为气体阻隔物PVA，EVOH、SiOx等。这种层可以通过水性方法、非水溶剂基方法或无溶剂方法如溅射来涂覆。其它可能的层可以包括提供特殊功能的层。特殊功能的层是指期望特殊类型保护的层，例如抗菌层、安全/防伪/商标保护装置即全息影像、化学染料及标记、荧光光化学涂层等。
在如图4中所示的又另一个实施方案中，密封结构体32可以进一步包括第二结合的薄膜/粘合层32，所述第二结合层由粘合层18′和提供额外的耐磨性的取向薄膜层12′组成。然后，所述第二结合层30被层叠在增强稀松布层20的底面上。该第二结合层必须仍然具有可以允许回收完整的结构体30而不用分开所述层的化学组成。
没有显示的粘合剂层可以涂覆到所述第二结合层30的暴露表面34上，与以上图2实施方案所描述的组成及应用相似。
虽然在此参考具体的实施方案举例说明和描述了本发明，但本发明不期望受限于所显示的细节。相反，在不背离本发明权利要求的范畴及对等物的具体范围内，可以进行各种改动。
权利要求
1.一种用于密封容器开口的密封件，所述密封件包括至少一个耐撕裂复合材料层，所述复合材料层由以下层组成a)具有顶面和内表面的取向的聚合物薄膜层；b)在所述取向聚合物层内表面上基本与其同延的热粘合聚合物层，所述热粘合聚合物层的厚度为取向聚合物薄膜层及热粘合聚合物层总厚度的10％-40％；以及c)增强的稀松布聚合物层，其也具有与热粘合聚合物层相邻并基本同延的内表面，所述增强层具有底面；所述耐撕裂复合材料层为所述密封件提供耐撕裂性。
2.权利要求1的密封件，其中所述聚合物层与所述粘合层的总厚度为约0.00020英寸-0.003英寸。
3.权利要求2的密封件，其中在所述耐撕裂复合材料层中的聚合物薄膜层、粘合聚合物层及增强稀松布的化学组成使得不用将复合材料的的层分开就可以回收所述复合材料。
4.权利要求3的密封件，其进一步包括在所述增强的稀松布层的所述底面上的粘合剂层。
5.权利要求3的密封件，其中所述粘合剂层的化学组成也使得不用将复合材料的层分开就能够回收所述复合材料。
6.权利要求4的密封件，其中所述粘合剂层是热活化的粘合剂层。
7.权利要求2的密封件，其中在所述耐撕裂复合材料层中的取向聚合物薄膜层、热粘合聚合物层及增强的稀松布聚合物层各自单独地包括合成的缩合聚合物，所述合成缩合聚合物各自包含以聚合形式的以下组分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个碳原子的ω-氨基酸，或这种氨基酸的混合物，其中，对于作为一个整体来看的复合材料在合成缩合聚合物中至少90摩尔％结合总量的羧酸或羧酸混合物是相同的羧酸，在合成缩合聚合物中至少90摩尔％结合总量的二胺或二胺混合物合物是相同的二胺，在合成缩合聚合物中至少90摩尔％结合总量的二醇或二醇混合物是相同的二醇，且在合成缩合聚合物中至少90摩尔％结合总量的氨基酸或氨基酸混合物是相同的氨基酸。
8.权利要求7的密封件，其中所述取向的聚合物薄膜层包含双轴取向的聚对苯二甲酸乙二酯。
9.权利要求7的密封件，其中所述结构体还包括在所述增强稀松布层的所述底面上的热活化的粘合剂层。
10.权利要求3的密封件，其包括粘接在所述稀松布层底面上的硬质泡沫密封包装。
11.权利要求10的密封件，其中所述硬质泡沫密封包装通过热活化粘合剂可剥离地粘接在所述稀松布层的底面上。
12.权利要求11的密封件，其进一步包括粘接在所述稀松布层的所述底面上的硬质泡沫密封包装，其中所述硬质泡沫密封包装包含适于粘合到所述耐撕裂复合材料层上的表面，并且粘合剂被涂覆在所述适于粘合的表面上。
13.权利要求3的密封件，其中所述取向聚合物层的顶面与所述取向聚合物层的内表面的至少之一包含印刷标记。
14.权利要求3的密封件，其中所述耐撕裂复合材料层进一步由在所述稀松布层的所述底面上的额外热粘合聚合物层及额外的聚合物薄膜层组成，其中所有这些层的化学组成使得不用将所述层分开就可以回收所述复合材料。
15.权利要求3的密封件，其进一步包含具有开口的容器，其中所述密封件可剥离地粘接并密封所述的容器开口。
16.权利要求3的密封件，其进一步包含至少一个特殊功能层。
全文摘要
一种耐撕裂的密封件，由可回收多层结构体制造，并包括取向的聚合物薄膜层，在取向的聚合物薄膜层内表面上基本与其同延的热粘合聚合物层，以及也具有与热粘合聚合物层相邻且基本同延的内表面的增强的稀松布聚合物层。所述聚合物薄膜层及粘合聚合物层是共挤出层，其具有的化学组成使得不用将所述层分开就可以进行回收。稀松布层也具有相似的化学组成，允许在层叠后进行回收，由此允许通过简单回收完整的层叠结构体来回收生产操作期间的废材料。
文档编号B32B5/02GK1878666SQ200480033479
公开日2006年12月13日 申请日期2004年11月9日 优先权日2003年11月14日
发明者史蒂文·R.·克森蒂诺, 斯蒂芬·K.·弗朗兹舍恩 申请人:杜邦泰吉恩胶卷美国有限公司