由水分散体制备的可热密封的组合物的制作方法

专利名称：由水分散体制备的可热密封的组合物的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及用于热密封组合物的水分散体以及分散组合物。
背景技术：
由分散体制成的涂层的一种特殊用途是在包装和储藏容器中的应用。为 了应用，需要应用性能的平衡，例如，需要低的热密封引发温度(heat seal initiation temperature)、高的高温粘着强度(hot tack strength)、宽的热密封窗 口(hot sealing window)、好的中间层粘附性以及高的软化点。
平衡的热密封性能的商业重要性是公知的。那就是，低的热密封引发温 度对于提高密封速度和降低能量消耗是非常重要的。宽的热密封窗口对于确 保包装的完整性、密封设备的柔韧性(sealing equipment flexibility)和低的封装 泄露率是很重要的。
美国专利6，852，792和5，419，960公开了用于配制可热密封的化合物的 现有技术的组合物。这些专利在此一并被全部引用作为参考。
好的中间层粘附性对于好的包装完整性、好的包装或容器美观也都是重 要的。在高温下对物品进行包装时(如在热灌装中的应用)需要高的软化点 或温度。传统上，当要试图达到平衡的密封性能时， 一种特定树脂性能的提 高需要另一种重要性能的一些牺牲。
例如，对于乙烯基-a烯烃聚合物，低的热密封引发温度一般是通过增加
树脂的共聚单体的含量而达到的。相反的，高的维卡软化点和低水平的正已 垸萃取物一般是通过降低树脂的共聚单体的含量而达到的。因此，降低热密 封引发温度一般会成比例地降低维卡软化温度和成比例地提高萃取的水平。
己经转让给本发明受让人的US 5,874,139在此被全部引用作为参考，该专利 提供了聚烯烃在包装应用中的 一般性的阐述。
一些重要的多层包装和存储结构由聚丙烯层，特别是一个双轴取向的聚 丙烯均聚物(BOPP)基底层或核心层组成。通常，BOPP结构利用聚丙烯共 聚物和三元共聚物作为密封材料(和/或粘结层)以确保中间层对BOPP基底 层具有好的粘附性。虽然聚丙烯共聚物和三元共聚物确实提供了好的中间层 对基底层粘附性以及好的热密封强度性能，但是这些共聚物和三元聚合物有 时会表现出不理想的高的热密封引发温度。
其它材料也已经被用作用于多层包装和存储结构的密封材料。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/或转换器和封装机 需要的加工柔韧性(process flexibility)。

发明内容
一方面，此处公开的实施方式是关于一种分散体，该分散体含有(A) 乙烯-酸共聚物；(B)中和剂;和(C)水，其中，所述中和剂的存在量足以中 和组分(A)中的80重量％以上的羧基。
另一方面，此处公开的实施方式是关于一种分散体，该分散体含有(A) 乙烯-酸共聚物；(B) pKa为10以上的强碱；和(C)水，其中，所述强碱 是唯一的中和剂，该强碱的存在量足以中和组分(A)中55重量％以上的的 羧基。
又一方面，本发明是关于乙烯丙烯酸或甲基丙烯酸共聚物水分散体，该 水分散体含有20重量％以上的固体，55重量％以上被中和，粘度为1000cps
以下，该水分散体是通过用强碱(pKa为10以上)直接中和而制备的，而 在制备的任何步骤中不需要使用弱碱。
下面的描述和随附的权利要求将表明本发明的其它方面和优点。


图1表示一种可以用于本发明的实施方式的配制分散体的挤出机。 图2通过图表比较了本发明的实施方式公开的涂层样品和对比涂层样品
的热密封强度随热密封温度的变化。
具体实施例方式
本发明的实施方式是关于水分散体和由水分散体制备的组合物，该水分 散体可用作可热密封的组合物。本发明的实施方式中使用的分散体含有水，
(A)乙烯-酸共聚物，和(B)中和剂，其中，所述中和剂的存在量足以中
和组分(A)中的80重量％以上的羧基。下面将对此进行更详细的描述。
基础聚合物
按照本发明，设置一个涂层，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组合物，例如，以聚合物的重量为基准，约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，约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族的金属离子中和。
本发明所述的组合物中使用的乙烯-酸共聚物可以为共聚物，例如，乙 烯为约65-95重量％，优选为约75-85重量％，丙烯酸(AA)或甲基丙烯酸 (MA)为约5-35重量％，优选为约15-25重量％。该乙烯-酸共聚物的数均 分子量(Mn)可以为，例如，约2000-50000，优选为约4000-10000。
该乙烯-酸共聚物可以以溶液或共聚物的氨盐在氨水中的良好的分散体 的形式提供。当乙烯-酸共聚物干燥后，氨被挥发掉并电离，然后对水敏感 的羧基被转化成大部分没有电离的并且对水更不敏感的自由羧基。但是，在 其它实施方式中，可能在不存在任何氨的情况下发生中和。在本发明的实施 过程中，向所述溶液或乙烯-酸共聚物分散体中加入一定量的选自元素周期
表中的Ia族、IIa族或lib族中的至少一种金属的离子，优选为钠离子、钾 离子、锂离子、钙离子或锌离子，更优选为钠离子，例如，以它们的氢氧化 物形式。这些金属离子的用量可以在足以中和例如80重量％以上的、优选 为约90-150重量％的共聚物中全部羧基的范围内。换句话说，在一些情况下 可以加入过量的强碱。在其它的实施方式中，加入的强碱的量可以足以中和 200重量％或更高。在其它的实施方式中，加入的强碱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。已经发现这些金属离子的存在 会导致某些性能的提高，例如，摩擦系数(COF)、热粘着性和阻力，而没 有不可接受地牺牲其它的性质，例如，低的最小密封温度(MST)。
因此，本发明的实施方式使用部分到全部中和的乙烯-酸共聚物。如上 所述，用于本发明的实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化学公司 的商标)，NUCRELtm (E.I. DuPont de Nemours的商标)和ESCOR (ExxonMobil的商标)商标的产品，并且在美国专利4,599,392、 4,988,781 和5,938,437中有描述，其中每个都在此处一并引用作为参考。其它的乙烯-羧酸共聚物也可以使用。本领域技术人员能够意识到很多其它的聚合物也可 以使用。
中和剂
本发明的实施方式使用强碱作为中和剂。在一些实施方式中，强碱具有
10以上的pKa。在一些实施方式中，强碱包括金属碱，其中，所述金属选自 元素周期表中的Ia族、IIa族或IIb族中的至少一种金属。在一些实施方式 中，中和剂可以是氢氧化钾。在其它的实施方式中，根据本发明可以使用Ia 族的盐作为强碱，例如碳酸钠、硅酸钾、磷酸钠等等。
在特定的实施方式中，对基础聚合物进行中和，使得80重量％以上的 可中和基团被中和。在其它的实施方式中，90-150重量％可以被中和。在其 它的实施方式中，加入的强碱的量可以足够中和聚合物中的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。在一些实施方式中，为了达到更高的中和比例， 可以使用强碱的混合物，或者强碱和弱碱的混合物。另外，这里所述的"强 碱"指的是一种或多种pKa值为IO或更高的化合物。例如，对于EAA (乙 烯-丙烯酸共聚物)，中和剂可以是氢氧化钾。其它的中和剂可以包括例如氢 氧化锂或氢氧化钠。本领域技术人员可以认识到，根据配制的特定组合物选 择适当的中和剂，并且这种选择是在本领域技术人员的知识范围内的。
在其它的实施方式中，对基础聚合物进行中和，使得55重量％以上的 可中和基团被中和。
在本发明的实施过程中可以使用额外的表面活性剂，所述表面活性剂包 括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂。阴离子表面 活性剂的例子包括磺酸盐、羧酸盐和磷酸盐。阳离子表面活性剂的例子包括 季铵盐。非离子表面活性剂的例子包括嵌段共聚物，该嵌段共聚物包括环氧 乙垸和有机硅表面活性剂。在本发明的实施过程中使用的表面活性剂可以是 外部表面活性剂(external surfactant)或内部表面活性剂(intemal surfactant)。外部表面活性剂是在分散体制备过程中不会通过化学反应进入聚合物的表面 活性剂。此处所用的外部表面活性剂的例子包括十二垸基苯磺酸和十二烷基 磺酸。内部表面活性剂是在分散体制备过程中会通过化学反应进入聚合物的
表面活性剂。此处所用的内部表面活性剂的例子包括2,2-二羟甲基丙酸和它 的盐。
分散体的配制
在一种特定的实施方式中，EAA与水和金属碱中和剂(如氢氧化钾) 一起在挤出机中被熔融捏合(melt-kneaded)，形成分散体组合物。本领域技术 人员可以认识到可以使用很多其它的金属碱中和剂。
可以使用本领域公知的任何熔融捏合方法。在一些实施方式中，使用了 捏合机、BANBURY"昆合机、单螺杆挤出机或多螺杆挤出机。本发明的制 备分散体的方法没有特别的限定。例如， 一种优选的方法是一种包括将上述 的组合物根据美国专利5，756，659和6,455,636熔融捏合。这些专利在此一并 全部引用作为参考。
图1表示一种可以用于本发明的实施方式的配制分散体的挤出机的示意 图。挤出机20 (在某些实施方式中为双螺杆挤出机)与后压力调节器(back pressure regulator)、熔融泵、或齿轮泵30连接在一起。实施方式还提供了贮 碱池40和初始贮水池50，它们的每一个都包括一个泵(图中未表示)。贮碱 池40和初始贮水池50分别以所需要的量提供碱和初始水。可以使用任何合 适的泵，但是在一些实施方式中，使用在240bar的压力下提供约150cc/min 的流量的泵，以将碱和初始水提供给挤出机20。在其它的实施方式中，使用 在200bar的压力下提供300cc/min的流量或在133bar压力下提供600cc/min 的流量的液体注入泵。在一些实施方式中，碱和初始水在预热器中被预加热。
球状、粉末状或片状的树脂从进料器80供入挤出机20的进口 90，在该
挤出机中树脂被熔融或混合。在一些实施方式中，通过或连同树脂一起加入
分散剂，在其它的实施方式中，单独地向双螺杆挤出机20中供入分散剂。 然后熔融树脂从挤出机的混合和传送区运送到挤出机的乳化区，通过入口 55 将来自贮池40和50的初始量的水和碱加入到该乳化区中。在一些实施方式 中，分散剂可以被额外地或专门地添加到水流中。在一些实施方式中，在挤 出机20的稀释和冷却区中，用从贮池60经由入口 95进入的额外添加的水 将乳化的混合物进一步稀释。 一般地，分散体在冷却区中被稀释至含有至少 30重量％的水。另外，被稀释的混合物可以被任意次地稀释直至得到所需要 的稀释水平。在一些实施方式中，不将水加入到双螺杆挤出机20中，而是 加入到含有从挤出机中排出的熔融后的熔融树脂的流中。用这种方式，消除 了挤出机20中的形成的蒸汽压。
优选地，在特定的实施方式中，通过使用挤出机可以将基础聚合物和稳 定剂在单一的过程中混合来形成分散体。同样，优选地，通过使用一种或多 种上述稳定剂，分散体是关于这种添加剂稳定的。
但是，在本发明的其它实施方式中，可以使用其它用于制作分散体的技 术。特别地，在特定的实施方式中，分散体的组分可以被置于一个加工槽中， 并加热来制备分散体。在本发明的实施方式中，该分散体可以具有1000cP 以下的(RV3转子，2L5。C， 50rpm)的布氏粘度。在其它的实施方式中， 粘度可以为约500cP以下。在特定的实施方式中，总固体荷载量(即基础聚 合物、强碱和添加剂的和)可以为约20重量％以上。在其它的实施方式中， 固体荷载可以为约25重量％以上。
添加剂
除了部分被中和的乙烯-酸共聚物外，本发明的涂层还可以含有作为防 结块剂(anti-blocking agent)的粒子尺寸相对较大的微晶蜡。该微晶蜡在涂
层中的存在量可以为，例如，相对于每一百份基础聚合物，微晶蜡为2到12 份，优选为3到5份，其中，蜡颗粒的平均尺寸范围为，例如，约0.1到0.6 微米，优选为约0.12到0.30微米。
除了作为防结块材料的功能，本发明的涂层中含有的微晶蜡还有提高涂 层的"冷滑动"性能的功能，就是说，在室温下涂层的表面有令人满意的滑 动能力。
本发明中的涂层还可以含有雾化二氧化硅，以进一步降低室温下涂层的 粘性。该雾化二氧化硅是由更小的颗粒结成块形成的颗粒组成的，该颗粒的 平均尺寸为，例如，约2-9微米，优选为约3-5微米，并且涂层中存在的颗 粒的含量为，例如，基于每一百份基础聚合物，约0.1到2.0份，优选为0.2 到0.4份。
可以使用其它可选择的添加剂，包括颗粒材料，例如滑石，存在量可以 为，例如，相对于每一百份基础聚合物，约0到2份；交联剂，例如三聚氰 胺甲醛树脂，存在量可以为，例如，相对于每一百份基础聚合物，约0到20 份；和抗静电剂，例如聚(氧乙烯)失水山梨醇单油酸酯，存在量可以为， 例如，相对于每一百份基础聚合物，为0到6份。
施用涂覆的条件
在制备好分散体之后，可以将其涂覆在基底上。关于涂层的厚度，施加 的涂层的厚度对于控制得到的膜的热粘结性和密封强度是非常重要的。通常 需要1-2微米的涂层厚度以产生200克/英尺以上的密封强度，这是适于封装 应用的强度。优选的干燥的涂层的厚度为0.5-75微米。在特定的实施方式中， 干燥的涂层的厚度为0.5-25微米。在其它实施方式中，干燥的涂层的厚度为 0.75-5微米，或0.75-2微米。
在一些实施方式中，在70'C的密封温度和l至2微米的厚度下，干燥的
涂层的密封强度为150克/英尺以上。在其它的实施方式中，在7(TC的密封 温度和1至2微米的厚度下，干燥的涂层的密封强度为160克/英尺以上；在 其它实施方式中为170克/英尺以上，在另一个实施方式中为180克/英尺以 上。
在其它的实施方式中，在8(TC的密封温度和1至2微米的厚度下，干燥 的涂层的密封强度为300克/英尺以上。在其它的实施方式中，在8(TC的密 封温度和1至2微米的厚度下，干燥的涂层的密封强度为400克/英尺以上； 在其它实施方式中为450克/英尺以上，在另一个实施方式中为500克/英尺 以上。
本发明的实施方式特别适合适用于具有取向的基底。但是，根据应用需 要，该基底可以为有取向的或非取向的。本领域技术人员可以认识到可以使 用任意数量的基底。此处所述的"固态取向(solid state orientation)"指的是， 取向处理的温度高于形成主要结构的树脂的最高Tg温度(玻璃化温度)，并 且低于至少一部分树脂层的最高熔融点，即处于至少一部分形成结构的树脂 没有处于熔融状态的温度下。固态取向可以对照"熔融状态取向"，熔融状 态取向包括热吹膜(hot blown film),其中，在挤出模具中出现熔融的聚合物 膜时立即进行拉伸。
此处所述的"固态取向"指的是通过如下方法获得的膜将不同层的树 脂的混合挤出，或者分别挤出涂层，以得到初始厚片或管(初始带(primary tape))，快速冷却至固态以阻止或减慢聚合物的结晶，从而提供固态初始膜 片，然后将该固态初始膜片再次加热至所称的取向温度，之后在取向处理(例 如，气泡法(trapped bubble method))中将该再次被加热的膜片双轴拉伸，或 者使用同时或顺次的拉幅处理(tenter frame process),最后将被拉伸的膜快 速冷却以获得可热收縮的膜。在气泡固态取向处理中，通过气压充气在横向 (TD)将初始带拉伸，以生成气泡，并且在容纳气泡的两组夹辊之间以不
同的速度在纵向(LD)拉伸。在拉幅处理中，通过将片向前加速在纵向上 将该片或初始带拉伸，并且，同时或顺次地使用离散几何框(diverging geometry frame)通过导向热软化片在横向拉伸。
基底，如膜和膜结构，特别得益于该新型涂覆方法和此处所述的涂层组 合物，而且这些基底可以用传统的热吹膜制造技术或其它双轴取向工艺制 作，例如，拉幅法或双气泡方法(double bubble process)。传统的热吹膜方 法在例如《The Encyclopedia of Chemical Technology (化学工艺百科全书)》 (Kirk-Othmer，第三版，John Wiley & amp， Sons,纽约，1981)第16巻， 第416-417页，和第18巻，第191-192页中进行了描述。双轴取向膜制作工 艺在如美国专利US No. 3456044 "双气泡"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，也可以用于制备用于此处所述的新型涂覆方法 和涂层组合物的基底。该基底膜结构也可以用拉幅技术中描述的方法制作， 如用于取向聚丙烯的方法。
其它用于货物包装应用的多层膜制造技术在《Packaging Foods With Plastics (用塑料包装货物)》，(Wilmer A. Jenkins禾卩James P. Harrington
(1991))，第19-27页，禾口 Thomas I. Butler的《Coextrusion Basics (混合挤 出基石出)》，(《Film Extrusion Manual: Process, Materails， Properties(膜挤出手 册方法，材料，性能)》，第31-80页(由TAPPI出版社出版(1992))中 有描述。
该基底层可以为单层或多层膜。待涂覆的基底层还可以与其它层或膜共 同挤出，或者在二次处理中压制在其它层上以形成待涂覆的基底，例如， 《Packaging Foods With Plastics (用塑料包装货物)》，Wilmer A. Jenkins和
James P. Harrington (1991)或W. J. Schrenk禾卩C. R. Finch的《Coextrusion For Barrier Packaging (膜包装的混合挤出)》，Society of Plastics RETEC Proceedings, 6月15-17日(1981)，第211-229页所述。如K. R.Osborn和 W. A. Jenkins的《Plastic Films, Technology and Packaging Applications》 (Technomic Publishing Co" Inc. (1992))所述，如果单层基底层经由管状膜(艮P， 吹膜技术)或平板模具(flat die)(即，铸型膜(cast film))制得，那么该膜 必须要进行额外的挤出后步骤，向其它包装材料粘合或压制，以形成多层结 构，作为待用的基底。如果基底层是两个或多个层的混合挤出(Osbom和 Jenkins对此也有描述)，根据对最终的膜的其它物理要求，该膜还可以压制 在其它包装材料层上。
D. Dumbleton的《Laminations Vs. Coextrusion (层压与混合挤出)》 (Converting Magazine, 1992年九月)也论述了压制与混合挤出。单层和混 合挤出膜也可以进行其它挤出后技术，例如，双轴取向过程。
挤出涂覆是另一种用于制备基底的多层膜结构的技术，使用该方法制得 的基底可以作为待涂覆的基底用于涂覆此处所述的新型涂覆方法和涂层组 合物。该新型涂层组合物包括至少一层涂覆的膜结构。与铸型膜相似地，挤 出涂覆也是一种平板模具技术。
本发明的膜和膜层可以用于垂直-或水平型-添充-密封(Vertical- or Horizontal-form-fill-seal,HFFS或VFFS)的应用。描述这些应用的相关专利 包括美国专利US No, 5228531、 5360648、 5364486、 5721025、 5879768、 5942579和6117465。
本发明的实施方式还可以被用于多层膜。在这种情况下，至少使用一种 公开的组合物以形成全部多层膜结构中的至少一个层。多层结构的其它层包 括但不限于阻挡层和/或连接层(tie layer)和/或结构层。
这些层可以使用各种材料，它们中的一些可以在同一个膜结构中用于多
于一个层。这些材料中的一些包括金属箔、尼龙、乙烯/乙烯醇(EVOH) 共聚物、聚偏氯乙烯(PVDC)、聚对苯二甲酸乙二酯(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 龙、接枝粘结聚合物(graft adhesive polymer,例如，马来酸酐接枝聚乙烯) 和纸。 一般地，该多层膜结构包括2-7层。
可以用本领域公知的技术通过铸型挤出(cast extrusion,用于单层膜)
或混合挤出(用于多层膜)制作基底层。该膜可以被快速冷却，用辐射量为 20-35千戈瑞的电子束照射，和再加热到它们的取向温度，然后以在各自的 纵向(也叫做力fl工方向(machine-direction))禾Q横向(transverse direction)(也 叫做横向方向(cross-direction))达到1.5: 1的取向比率，或者达到2: 1，或 者达到3: 1，或者达到4: 1，或者达到5: 1。在一种实施方式中，取向为在 横向为5:1，在纵向约为10:1。在另一种实施方式中，取向为在纵向和横向 均为约7: 1。
可以用任何适用的方法制作该基底层，包括混合挤出、压制、挤出涂覆 或电晕粘结(norona bonding),并且可以用管状铸型混合挤出(tubular cast coextrusion)制作，如美国专利US No. 4551380 (Schoenberg)中所示。可以 通过任何适当的方法制备由将该膜制成的包，例如，美国专利US No. 3741253 (Brax等)中所示的方法。可以由单开口或双开口膜制作侧密封或 端密封的包。
可以用任何适当的方法使基底层取向，包括气泡法(trapped bubble process)或同时或顺次拉幅法(tenter frame process)。膜可以为任何需要的厚 度，只要该膜能够为使用该膜的特定的密封操作提供理想的性能。最终的膜 的厚度可以根据方法和最终所用的应用等而改变。 一般的，厚度为0.1-20密 耳，优选为0.2-15密耳，更优选为0.3-10密耳，更优选为0.3-5密耳，更优
选为0.3-2密耳，例如0.3-1密耳。
本领域技术人员可以认识到可以使用多种基底。上面引用的参考文献公 开了许多适用的基底。除了公开的这些外，还包括但不限于取向的和非取向 的聚烯烃、取向聚酯，和/或取向尼龙也可以使用。
干燥条件
当分散体涂覆到所需的基底上后，该涂层需要干燥以除去水，并使聚合 物颗粒结合为实质上连续的膜。在一种实施方式中，可以用烘箱加速干燥过 程。为了使聚合物颗粒适当地结合，优选地使该涂层达到约高于制备该分散 体的聚合物的熔点2(TC的温度。
在特定的实施方式中，所用的温度范围为从分散体的基础聚合物的熔点 峰值到基础膜的软化点。在一些实施方式中，涂覆后的基底离开干燥烘箱的 温度可以在高于分散体的基础聚合物的峰熔点l(TC到低于基础膜的软化温 度IO'C之间。在其它实施方式中，该基底离开干燥烘箱的温度可以在高于分 散体的基础聚合物的峰熔点2(TC到低于基础膜的软化温度20'C之间。
实施例
在双螺杆挤出机中，以9.1kg/h的速度将100重量份的热塑性塑料乙烯/ 丙烯酸共聚物在125。C熔融捏合，该乙烯/丙烯酸共聚物的丙烯酸含量为20.5 重量％，密度为约0.958g/cm3 (ASTMD-792)，熔融系数为13.5g/10min (由 ASTMD1238在125。C和2.16kg得到)，Mw/Mn为3.7，熔点为约77°C (由 DSC在扫描速度为10。C/分钟得到)，可从陶氏化学公司(Dow Chemical Company)商购，牌号为PRIMACOR59801 。
向该熔融捏合的树脂中，在下游注入口以1.8千克/小时的速度连续加入 45重量％的氢氧化钾水溶液(以混合物总量的16.5重量％的比例)。然后，
在离开挤出机之前，用额外的水以26.9千克/小时的速度将得到的水分散体 稀释。从而得到水分散体，该水分散体具有26.6重量％的固体含量，pH值 为9.9，布鲁克费尔德粘度(Brookfield viscosity)为224cp(RV3转子，21.5°C， 50 rpm)。
将经电晕处理(corona treated)的厚度为1.2密耳的BOPP膜(由Mobil Chemical Corporation制备的BICOR LBW)切成12英寸乘14英寸的片。将 每个片绑在一个平泡沫塑料板上，并用4号圆盘条(#4 wire-round rod)将上 述的分散体涂覆在该BOPP上(侧面不用滑动添加剂)。该泡沫塑料板的目 的是达到更一致的涂层厚度。将涂覆后的片在常规的烘箱中在135'C下放置 5分钟，将该分散体涂层干燥。用重量分析法确定得到的涂层的厚度。分别 称10片涂覆后的膜样品(l英寸乘l英寸)的各自的重量，减去基础BOPP 基底的重量，从而确定涂层的厚度。基于重量差，计算涂层的厚度时使用的 密度为0.99g/cc。计算得到的该涂层的厚度为1.6g/m2。
用Packforsk热粘着测试器在40psi的密封压力和0.5秒驻留时间下，将 各个上述涂覆的样品的不具有衬底的条(1英寸宽)从50到140'C以IO'C间 隔递增从而加热密封。使密封后的样品在ASTM室(设置为70下(21.rC)， 50%相对湿度)内至少平衡一天，然后在Instron模型4501拉伸测试仪上以 10英寸/分钟的速度被拉伸。此处所述的，热密封起始温度定义为密封强度 达到227g/in (0.51b/in)时的温度。本组样品的涂层的热密封起始温度约为 70°C，如图2所示。
对比例
将一个经电晕处理过的1.2密耳的BOPP(由Mobil Chemical Corporation 制备的BICOR LBW)切成12英寸乘14英寸的片。将每个片绑在一个平泡 沫塑料板上，并用4号圆盘条将氨中和后的乙烯/丙烯酸共聚物的分散体涂覆
在该BOPP上(侧面不用滑动添加剂)，该乙烯/丙烯酸共聚物含有20.5重量 %的丙烯酸，密度为约0.958g/cm3 (ASTMD-792)，熔融系数为13.5g/10min (由ASTMD1238在125。C和2.16kg得到)，由Michelman， Inc.提供，牌号 为MICHEM Prime 4983R。将涂覆后的片在常规的烘箱中，在135'C下放置 5分钟，将该分散体涂层干燥。用重量分析法确定得到的涂层的厚度。分别 称10片涂覆后的膜样品(l英寸乘l英寸)的各自的重量，减去基础BOPP 基底的重量，从而确定涂层的厚度。基于重量差，计算涂层的厚度时使用的 密度为0.96g/cc。计算得到的该涂层的厚度为1.7g/m2。
用Packforsk热粘着测试器在40psi的密封压力和0.5秒驻留时间下，将 各个上述涂覆的对比样品的不具有衬底的条(1英寸宽)从50到140°C以l(TC 间隔递增从而加热密封。使密封后的样品在ASTM室(设置为70下(21.rC)， 50%相对湿度)内至少平衡一天，然后在Instron模型4501拉伸测试仪上以 10英寸/分钟的速度被拉伸。对比样品的热密封起始温度约为90°C,如图2 所示。
图2中用图表比较了涂覆后的样品和涂覆后的对比样品的热密封强度。 可以看出，涂覆后的样品的最低密封温度(非零密封强度)出现得更低。另 外，不考虑密封温度，涂覆后的样品的密封强度(1.6g/m2厚度)比涂覆后的 对比样品(1.7g/n^厚度)的密封强度高。在更宽的温度范围内，涂覆后的样 品具有比涂覆后的对比样品更高的密封强度。这些结果表明，涂覆后的样品 可以承受更高的封装线速度(由于较低的热密封起始温度)，并且和涂覆后 的对比样品相比，具有在宽的操作窗口上密封包装的能力。
优选地，本发明的发明人意外地发现，使用80重量％以上的丙烯酸被 金属碱中和的乙烯-酸共聚物可以提供更好的热粘着性能，而对最低密封温 度没有显著的负面影响。意外地，在某些实施方式中，最低密封温度甚至可 以被降低。 在其它实施方式中，本发明的发明人发现，在不存在弱碱的情况下通过
用强碱中和乙烯-酸共聚物，直到约55重量％以上，可以提高热粘着性能。
因此，优选地，本发明的一种或几种实施方式提供的可热密封的膜可以 使封装线速度更高(由于低热密封引发温度)，在宽操作窗口上提供密封包 装，并且提供好的封装完整性。
换句话说，本发明的一种或几种实施方式提供了在宽操作窗口上密封包 装的能力。在封装线的起始和终止期间，密封设备的温度会经常偏离设定点， 有时偏离很大。用具有低热密封引发温度的封装膜，如果密封仪器稍微低于 所需要的温度时，仍然能够进行适当的密封。
在其它实施方式中，此处公开的中和后的分散体溶液可以被用于许多其 它的用途。本领域技术人员可以认识到，根据上面公开的方法或组合物形成 的分散体，存在许多种的应用。特别地，这样的分散体可以在任何现有技术 的分散体(不管是否用乙烯-酸共聚物制备)中被使用。
尽管本发明通过有限数量的实施方式来描述，得益于这些公开，本领域 技术人员已经可以得知其它可以设计出的实施方式，而不偏离此处公开的发 明的范围。因此，本发明的范围应该仅由随附的权利要求限定。
权利要求
1、一种在基底上形成可热密封的涂层的方法，该方法包括用聚合物水分散体涂覆所述基底，其中，该聚合物水分散体含有(A)乙烯-酸共聚物；(B)pKa为10以上的强碱；和(C)水，其中，所述强碱是唯一的中和剂，该强碱的存在量足以中和组分(A)中的55重量％以上的羧基；和除去所述分散体中的至少一部分水，以形成第一层。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一层的厚度为0.5至75 微米。
3、 根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一层的厚度为0.5至25 微米。
4、 根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一层的厚度为0.75至2 微米。
5、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述基底包括取向聚合物。
6、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述强碱含有至少一种选自元 素周期表中的Ia族、IIa族、或IIb族中的金属的离子。
7、 根据权利要求6所述的方法，其中，所述强碱包括Ia族的盐。
8、 根据权利要求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种。
9、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述分散体还含有微晶蜡。
10、 根据权利要求1所述的方法，其中，在RV3转子、21.5°C、 50rpm 的条件下，所述分散体的粘度为500cP以下。
11、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述分散体含有20重量％以 上的组分(A)。
12、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述强碱的存在量足以中和组 分(A)中的80重量％以上的羧基。
13、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一层的热密封引发温度 等于或者低于8(TC。
14、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一层在70。C的密封温度 和1至2微米的厚度下具有至少170克/英尺的密封强度。
15、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一层在8(TC的密封温度 和1至2微米的厚度下具有至少400克/英尺的密封强度。
16、 一种膜，该膜包括 基底；和涂层，其中，该涂层是由乙烯-酸共聚物的分散体得到的，其中约55重 量％以上的羧基被选自元素周期表中的Ia族、IIa族或lib族中的至少一种金 属的离子中和。
17、 根据权利要求16所述的膜，其中，所述涂层的厚度为0.5至75微米。
18、 根据权利要求17所述的膜，其中，所述涂层的厚度为0.5至25微米。
19、 根据权利要求16所述的膜，其中，所述涂层的厚度为0.75至2微米。
20、 根据权利要求16所述的膜，其中，所述基底包括取向聚合物。
21、 根据权利要求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种。
22、 根据权利要求16所述的膜，其中，所述涂层还含有微晶蜡。
23、 根据权利要求16所述的膜，其中，约80重量％以上的羧基被选自 元素周期表中的Ia族、IIa族或IIb族中的至少一种金属的离子中和。
24、 根据权利要求16所述的膜，其中，所述涂层的热密封引发温度等 于或者低于80'C。
25、 根据权利要求16所述的膜，其中，所述涂层在70'C的密封温度和 1至2微米的厚度下具有至少170克/英尺的密封强度。
26、 根据权利要求16所述的膜，其中，所述涂层在80'C的密封温度和 1至2微米的厚度下具有至少400克/英尺的密封强度。
27、 一种分散体，该分散体含有-(A) 乙烯-酸共聚物；(B) 中和剂；和(C) 水，其中，所述中和剂的存在量足以中和组分(A)中的55重量 %以上的羧基。
28、 根据权利要求27所述的分散体，其中，所述中和剂含有至少一种 选自元素周期表中的Ia族、IIa族或lib族中的金属的离子。
29、 根据权利要求28所述的分散体，其中，所述中和剂包括Ia族的盐。
30、 根据权利要求27所述的分散体，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种。
31、 根据权利要求27所述的分散体，其中，所述分散体还含有微晶蜡。
32、 根据权利要求27所述的分散体，其中，在RV3转子、21.5°C 、 50 rpm 的条件下，所述分散体的粘度为500Cp以下。
33、 根据权利要求27所述的分散体，其中，所述分散体含有20重量％ 以上的组分(A)。
34、 根据权利要求27所述的分散体，其中，所述分散体含有25重量％ 以上的组分(A)。
35、 根据权利要求27所述的分散体，其中，所述强碱的存在量足以中 和组分(A)中的80重量％以上的羧基。
36、 一种中和分散体的方法，该方法包括在不存在弱酸的条件下，向 含有乙烯-酸共聚物和水的混合物中加入pKa为10以上的强碱，该强碱的加 入量足以中和乙烯-酸共聚物中的55重量％以上的羧基。
37、 根据权利要求36所述的方法，其中，所述强碱的加入量足以中和 乙烯-酸共聚物中的80重量％以上的羧基。
38、 根据权利要求36所述的方法，其中，所述强碱含有至少一种选自 元素周期表中的Ia族、IIa族、或IIb族中的金属离子。
39、 根据权利要求38所述的方法，其中，所述强碱包括Ia族的盐。
40、 根据权利要求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种。
41、 根据权利要求36所述的方法，其中，该方法还包括向混合物中加 入微晶蜡。
42、 一种分散体，该分散体含有(A) 乙烯-酸共聚物；(B) pKa为10以上的强碱；(C) 水，其中，所述强碱是唯一的中和剂，该强碱的存在量足以中和 组分(A)中的55重量％以上的羧基。
43、 根据权利要求42所述的分散体，其中，所述中和剂含有至少一种 选自元素周期表中的Ia族、IIa族、或IIb族中的金属的离子。
44、 根据权利要求43所述的分散体，其中，所述中和剂包括Ia族的盐。
45、 根据权利要求42所述的分散体，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种。
46、 根据权利要求42所述的分散体，其中，该分散体还含有微晶蜡。
47、 根据权利要求42所述的分散体，其中，在RV3转子、21.5'C、 50 rpm 的条件下，该分散体的粘度为500 cP以下。
48、 根据权利要求42所述的分散体，其中，所述分散体含有20重量％ 以上的组分(A)。
49、 根据权利要求42所述的分散体，其中，所述分散体含有25重量％ 以上的组分(A)。
50、 根据权利要求42所述的分散体，其中，所述强碱的存在量足以中 和组分(A)中的80重量％以上的羧基。
全文摘要
公开了一种分散体，该分散体含有(A)乙烯-酸共聚物；(B)中和剂；和(C)水，其中，所述中和剂的存在量足以中和55重量％以上的组分(A)中的羧基。而且，还公开了一种分散体，该分散体含有(A)乙烯-酸共聚物；(B)pKa为约10以上的强碱；和(C)水，其中，所述强碱是唯一的中和剂，该强碱的存在量足以中和组分(A)中的55重量％以上的羧基。
文档编号C09D123/08GK101384675SQ200780005705
公开日2009年3月11日 申请日期2007年2月16日 优先权日2006年2月17日
发明者B·M·蒙克拉, G·M·斯坦博格, M·J·卡利诺夫斯基 申请人:陶氏环球技术公司