用于产生超声波密封件的方法以及具有所述超声波密封件的膜结构和柔性容器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明是针对用于产生具有超声波密封件的超声波可密封的膜结构和柔性容器 的方法。
【背景技术】
[0002] 相比于常规热密封，在柔性包装中采用超声波密封提供例如W下能力的性能优 势：（i)防污染密封，（ii)形成更窄的密封区域，W及(iii)在更高的线速度下并且在更低的 溫度环境下形成密封件。适用于超声波焊接的包装系统包括垂直或水平成型填充密封。尽 管存在运些益处，但是超声波密封具有显著的缺点。由于焊头与化座之间的接触几何和振 荡变形，所W超声波密封常常导致显著的材料流出并且聚合物被挤出远离密封区域。超声 波密封的运种"挤出"现象会引起破坏，并且最终毁坏所形成的超声波密封件中的层状结 构。当进行超声波密封时，层压步骤，即焊头与化座(例如在角撑板和權皱W及横截面罐形 密封件中）之间的材料的厚度改变的步骤，特别容易遭到破坏。在运些区域中的有缺陷的密 封降低了密封强度(如通过剥离测试所测量），会破坏密封区域中的层压结构，并且形成通 道泄漏部，导致含侣或阻挡聚合物的薄层的包装层压结构的阻挡特性丢失，所述阻挡聚合 物例如乙締-乙締醇共聚物化νΟΗ)。
[0003] 所提出的用于缓解上述问题的方法包括（i)优化接触几何，尤其是能量导引器;和 (i i)控制密封期间的焊头位移，运两者都受到了限制。
[0004] 谨慎地选择多层结构的聚合物和优化提供了用于缓解W上问题的替代途径。因此 需要鉴别可W进行超声波密封并且提供与通过常规热密封可达到的密封强度相当的密封 强度的聚合物和结构。进一步存在对增加超声波密封强度的超声波密封方法的需要。还存 在对克服了接触几何优化或密封力位移调整的缺点的加强型超声波密封件的需要。进一步 存在对满足柔性容器的更多面使用的需求的经过改良的超声波可密封膜的需要。
【发明内容】
[0005] 本发明是针对一种用于产生超声波密封件的方法，W及含有所述超声波密封件的 膜结构和柔性容器。本发明方法包括基于除了接触几何优化和密封力调整之外影响超声波 密封区域中的材料流动的四个因素，选择用于超声波密封的聚合物。另外，所述方法包括调 整膜组成和结构，W便进一步改良超声波密封强度。
[0006] 本发明提供一种用于产生超声波密封件的方法。所述超声波密封件形成于两个聚 合物膜之间。所述方法包括制备多层膜，所述多层膜具有背层和密封层。密封层包括超声波 可密封的締控基聚合物化SOP) dUSOP基于W下特性加 W选择：
[0007] (a)烙融热Δ血小于130J/g，
[000引（b)峰值烙融溫度化小于125°C，
[0009] (C)剪切储能模量(G')为50M化到500MPa，W及
[0010] (d)剪切损耗模量(G")大于lOMPa。
[0011] 所述方法包括使第一多层膜的密封层与第二多层膜的密封层接触，形成密封区 域。所述方法包括使密封区域经历超声波能量。所述方法包括在两个密封层之间形成超声 波密封件，所述超声波密封件具有30N/mm到80N/mm的密封强度。
[0012] 本发明提供一种膜结构。所述膜结构包括第一多层膜和第二多层膜。每一个多层 膜包括背层和密封层。每一个密封层包括具有W下特性的超声波可密封的締控基聚合物 化SOP):
[0013] (a)烙融热Δ血小于130J/g，
[0014] (b)峰值烙融溫度Tm小于125°C，
[001引 （C)剪切储能模量(G')为50MPa到500MPa，W及
[0016] (d)剪切损耗模量(G")大于lOMPa。
[0017] 所述多层膜被安排成使得第一多层膜的密封层与第二多层膜的密封层接触。当在 4N/mm密封力下进行超声波密封时，所述密封层形成密封强度为30N/15mm到80N/15mm的超 声波密封件。
[0018] 本发明提供一种柔性容器。所述柔性容器包括第一多层膜和第二多层膜。每一个 多层膜包括背层和密封层。密封层包括具有W下特性的超声波可密封的締控基聚合物 化SOP):
[0019] (a)烙融热Δ血小于130J/g，
[0020] (b)峰值烙融溫度Tm小于125°C，
[0021] (C)剪切储能模量(G')为50M化到500MPa，W及
[0022] (d)剪切损耗模量(G")大于lOMPa。
[0023] 所述多层膜被安排成使得每一个多层膜的密封层彼此接触并且第二多层膜叠加 在第一多层膜上，形成共同的外围边缘。所述柔性容器包括2折叠区域和4折叠区域。当在 4N/mm密封力下对2折叠区域和4折叠区域进行超声波密封时，所述区域各自形成密封强度 为30N/15mm到80N/15mm的超声波密封件。
【附图说明】
[0024] 图1是示出了根据本发明实施例的护对比G"的标绘图的图。
[0025] 图2A是根据本发明实施例的具有平坦超声波密封几何的柔性容器的示意性图示。
[0026] 图2B是根据本发明实施例的具有平坦密封几何的超声波密封的示意性图示。
[0027] 图3A是根据本发明实施例的具有2折叠区域和4折叠区域的柔性容器的示意性图 /J、- 〇
[0028] 图3B是根据本发明实施例的具有2折叠/4折叠密封几何的2折叠区域和4折叠区域 的超声波密封的示意性图示。
[0029] 图4示出了关于根据本发明实施例的超声波密封膜结构，超声波密封强度对比密 封力的图。
[0030] 图5示出了关于根据本发明实施例的超声波密封膜结构，超声波密封强度对比密 封力的图。
[0031] 图6示出了关于根据本发明实施例的超声波密封膜结构，超声波密封强度对比密 封力的图。
[0032] 图7示出了关于根据本发明实施例的超声波密封膜结构，超声波密封强度对比密 封力的图。
[0033] 图8示出了关于根据本发明实施例的超声波密封膜结构，超声波密封强度对比密 封力的图。
【具体实施方式】
[0034] 本发明提供一种用于产生超声波密封件的方法。所述超声波密封件形成于两个聚 合物膜之间。所述方法包括制备多层膜，所述多层膜具有背层和密封层。密封层包括超声波 可密封的締控基聚合物化SOP) dUSOP基于W下特性加 W选择：
[00；35] (a)烙融热Δ血小于130J/g，
[0036] (b)峰值烙融溫度Tm小于125°C，
[0037] (C)剪切储能模量(G')为50M化到500MPa，W及
[0038] (d)剪切损耗模量(G")大于lOMPa。
[0039] 所述方法包括使第一多层膜的密封层与第二多层膜的密封层接触，形成密封区 域。所述方法包括使密封区域经历超声波能量。所述方法包括在两个密封层之间形成超声 波密封件，所述超声波密封件具有30N/mm到80N/mm的密封强度。
[0040] 本发明方法利用超声波密封装置，从而在两个聚合物膜之间产生超声波密封件。 超声波密封装置包括W下组件。
[0041] (1)化座，其中放置膜W在压力下接触。化座允许将高频振动导引到密封区域中的 膜。化座包括接触所述膜中的一个的能量导引器。
[0042] (2)超声波堆叠包括(a)转换器(将电信号转换成机械振动）、（b)变幅杆(修改振动 的振幅及（C)焊头（将机械振动施加到要焊接或密封的零件）。焊头也称为超声波发生 器。将超声波堆叠的所有Ξ个元件调整到在相同的超声波频率(通常是从15kHz、20kHz、 30曲Z、35曲Z到40曲Z或70曲Z)下共振。
[0043] 使聚合物膜经历超声波能量，由于振动能量的吸收而引起塑料的局部烙融。跨越 要焊接的接合点引入振动。
[0044] 超声波密封不同于并且不包括热密封。热密封程序包括从打开位置移动到闭合位 置的热金属密封夹。在闭合位置时，在预定密封压力和预定密封溫度下，热金属夹与膜的最 外层直接接触一段时间（停留时间）。在停留时间期间，热量穿过膜的最外层传递W烙融并 烙化相对的内部密封层，形成热密封件。一般来说，最外层的烙融溫度高于密封层。因此，在 密封层烙融形成密封件时，膜的最外层不烙融并且不会粘住或基本上不会粘住密封夹。可 W对密封夹条施加表面处理W进一步降低对膜的粘性影响。密封夹再次打开后，将膜冷却 到室溫。
[0045] 在热密封中，相对的膜经由界面处的材料相互扩散而接合在一起，所述相互扩散 通过从密封条到密封界面的传导型热流得到促进，借此热密封条的溫度和停留时间是关键 的自变量。在如聚乙締的半结晶聚合物密封剂的情况下，举例来说，热密封条溫度需要设定 成至少在对应于密封剂的完全烙融的溫度下，W便形成强密封件。
[0046] 反之，在超声波密封中，密封条(焊头和化座对)通常是在环境溫度下，并且超声波 产生和流动是因变量，它们受到接触几何、振动振幅和频率、静载荷w及材料选择的控制。 实现界面处的完全烙融所必需的超声波能量内部产生于聚合物内。关于指定频率和接触几 何，影响超声波密封件形成的过程变量是振荡的振幅和通过焊头施加的叠加的密封力。用 W促进超声波密封所需的高溫通过变形能部分耗散成超声波而内部产生，如受到聚合物的 粘弹性特征控制。所耗散的能量引起溫度增加，增加的程度取决于系统的超声波能力。
[0047] 在常规超声波焊接系统中，密封力将焊头振荡的振幅转化为材料内部的振荡变形 并且无意中导致化座逐步渗透到密封区域中。从化座延伸到密封区域中的能量导引器的轮 廓和半球形形状进一步放大了密封区域中的应力集中，进一步恶化了过量材料围绕化座流 动的问题。
[0048] 关于线形粘弹性方案中的振荡变形，每单位体积(拉伸变形的每正弦周期)超声波 产生的速率示出在方程式(I)中：
[0049] 每=π把臣.' (I)
[0050] 其中f是振荡频率，
[0化1] ε是变形振幅，并且 [0化2] Ε"是损耗模量。
[0053] 方程式(I)显示，对于指定变形振幅和频率来说，超