具有湿气阻挡性能的多层片材结构的制作方法
【专利说明】具有湿气阻挡性能的多层片材结构
【背景技术】
[0001] 本发明一般地涉及具有湿气阻挡性能的多层片材结构，制造多层片材结构的相关 方法，和由该多层片材结构形成的容器。
[0002] 一些已知的包装容器由多层的各种聚合物材料构造。可使用由其形成的包装容 器，例如储存食品，饮料，和药物。形成包装容器可使用的一种合适的聚合物材料是聚苯乙 烯。聚苯乙烯（PS)是一种热塑性聚合物，它可被模塑和/或挤塑合成片材形式和随后热成 形为各种预定的形状和尺寸，并提供合适的硬质结构以供在其内储存产品。尽管PS提供在 其内储存产品的硬质结构，但它在冲击下对脆性断裂敏感。例如，PS可在例如来自一些食 品加工应用中冲孔的冲击下断裂成多个碎片。
[0003] 一些现有技术的包装容器使用结构组件用高抗冲聚苯乙烯（HIPS)。HIPS通常具 有良好的抗冲击性，切削性，和尺寸稳定性，这对于某些应用来说是期望的。在冲击和/或 冲孔下，HIPS通常在冲孔之前拉伸，从而抗断裂。在包装容器，其中包括单次使用的酿造杯 (brewing cup)和含各种饮料，例如咖啡，茶，可可，巧克力，苹果汁和粉末饮料的容器中使 用了 HIPS。成问题的是，由HIPS形成的容器通常无法防止气体和湿气经其渗透，这可导致 包装内容物腐败。
[0004] 防止气体经制品渗透的一种已知方法是掺入具有气体阻挡性能的一层聚合物材 料到包装材料中。例如，一些材料具有氧气阻挡性能，这将最小化氧气的透过速率。氧气透 过速率是在给定时间段内穿过材料的氧气量的量度。
[0005] 尽管氧气阻挡材料通常妨碍氧气经其渗透，但氧气阻挡性能通常具有有限的湿气 阻挡性能。许多产品是湿气敏感的且水的进入可引起腐败。因此，PS差的湿气阻挡性能限 制了它在许多食品包装应用用容器和杯子中使用。
[0006] 因此，需要多层片材结构的改进，以包括具有湿气阻挡和氧气阻挡性能的聚合物 材料层，有助于维持包装内容物的新鲜度，并包括可冲孔且没有脆性断裂的聚合物材料层， 以满足特定的应用指导原则。
[0007] 简要说明
[0008] 在一个方面中，提供多层片材结构。该多层片材结构包括含高抗冲聚苯乙烯的至 少一层结构层，和至少一层湿气阻挡层，所述湿气阻挡层包括占至少一层湿气阻挡层重量 的大于约30%环烯烃共聚物。
[0009] 在另一方面中，提供含侧壁，连接到侧壁上的底壁，和与底壁相对的开放端部的容 器。该容器由多层片材结构形成，且包括含高抗冲聚苯乙烯的至少一层结构层，和至少一层 湿气阻挡层，所述湿气阻挡层包括占所述至少一层湿气阻挡层重量的大于约30%环烯烃共 聚物。
[0010] 在再一方面中，提供形成多层片材结构的方法。该方法包括将多种热塑性材料给 料到多个挤出机中，并从多个挤出机中共挤出多种热塑性材料，形成多层。该多层包括含 高抗冲聚苯乙烯的至少一层结构层，和至少一层湿气阻挡层，所述湿气阻挡层包括大于约 30%所述至少一层湿气阻挡层重量的环烯烃共聚物。
[0011] 附图简述
[0012] 图1是例举的多层片材结构的截面示意图。
[0013] 图2是由多层片材结构形成的例举容器的透视图。
[0014] 图3是图2所示的容器的侧视图。
[0015] 详细说明
[0016] 本发明一般地提供具有湿气阻挡性能并且可穿孔且没有脆性断裂的多层片材结 构。本发明还提供含侧壁，与侧壁相连的底壁和与底壁相对的开放端部的容器，其中该容器 由多层片材结构形成。本发明再进一步提供制造多层片材结构的方法。
[0017] 在本发明的各种实施方案中，多层片材结构包括含高抗冲聚苯乙烯的至少一层结 构层，和含环烯烃共聚物的至少一层湿气阻挡层。至少一层结构层提供将要形成的制品和 /或包装结构和硬度，和至少一层湿气阻挡层有助于防止湿气穿过其中。
[0018] 任选地，多层片材结构可进一步包括至少一层氧气阻挡层，聚烯烃层，和在多层片 材结构的各层中任何一层内部的增强剂（填料）。氧气阻挡层降低氧气经多层片材结构的 透过速率，聚烯烃层提供多层片材结构劲度和机械性能，衔接层在不类似的材料层之间提 供粘合性，和增强剂有助于改进机械性能并增加该结构的湿气/氧气阻挡性能。
[0019] 在一些实施方案中，可在形成各种制品，例如杯子和杯子成型的容器中使用多层 片材结构。可使用本领域已知的方法，其中包括，但不限于，压力成形，热成形，活塞辅助的 热成形，热冲压，真空成形，和压缩成型，等，将多层片材结构模塑成各种制品。在一个实施 方案中，已发现，可将多层片材结构形成为含有食品产品或饮料浓缩物，例如咖啡，茶，可 可，巧克力，苹果汁或粉末饮料的单次使用的酿造杯。在这种实施方案中，结构层典型地为 最外层，且暴露于环境下，和湿气阻挡层或聚烯烃层典型地为与容纳的食品或饮料产品直 接接触的最里层。例如，且没有限制地，单次使用的酿造杯可形成为杯子形状，例如在酿造 机中使用的那些。在这种实施方案中，将适量产品（典型地粉末或颗粒形式）置于单次使 用的容器内，并用箔或任何其他合适的材料密封该容器，生产成品以供最终消费。在一些实 施方案中，该容器也可包括衬补纸（filler paper)，所述衬补纸隔开产品与容器。当使用 时，将该容器置于酿造机中，容器在其上穿孔，并添加热水，以重构容器的内容物，并形成液 体饮料或食品产品。饮料或食品产品然后被分配在任何合适的杯子或马克杯内。
[0020] 由于容器与在其内的内容物直接接触，因此，单次使用的酿造杯所使用的聚合物 材料优选满足某些指导原则，以有助于防止容器穿孔期间污染包装内容物，并从中合适地 分配饮料。例如，多层片材结构中的聚合物可以是FDA批准的，和该聚合物材料通常不应 当对脆性断裂敏感，使得来自容器的聚合物废墟没有污染包装内容物。进一步地，设计该容 器，以满足某些杯子的穿孔特征，例如穿刺容器所要求的目标穿刺力，和在穿孔之前，穿刺 单元在容器壁内的深度。
[0021] 正如以上提及的，在一些实施方案中，多层片材结构中的各层可包括增强剂，例如 无机增强剂（IRA)。已发现，通过在多层片材结构内部，例如在结构层内部包括IRA，由其形 成的杯子具有改进的性能和可持续性。例如，在结构层内使用增强剂提供较少聚合物负载 的需求，同时维持该容器的结构特征。具有降低的聚合物负载的由多层片材形成的容器导 致较小的碳足迹（footprint)并要求较少的加热/恪融能，当与已知的聚苯乙稀-基杯子 相比时。进一步地，使用增强剂有助于改进多层片材结构的劲度和机械性能。因此，可使用 较少的材料，通过对多层片材结构厚度的减厚，形成IRA，从而降低材料成本。
[0022] 正因为如此，本发明的实施方案提供具有湿气和氧气阻挡性能的多层片材结构， 该性能满足和/或超过已知的单次使用的酿造杯的穿孔特征，增加可持续性，和降低成本。
[0023] 结构层
[0024] 结构层包括含至少一种聚合物的聚合物组分。该多层组合物中的结构层可包括 任何合适的PS，它能使多层片材结构如本文描述的发挥作用。在一些实施方案中，PS选 自高抗冲聚乙烯（HIPS)，通用PS，及其组合。本文中所使用的术语"通用PS"是指无定形 PS(APS)，结晶聚苯乙烯（CPS)，及其组合。对于本发明的目的来说，"结晶"定义为结晶度为 约10% -约80%的聚合物且涵盖半晶全同立构PS和半晶间同立构PS。HIPS聚合物的非 限制性实例包括橡胶改性的聚苯乙烯，苯乙烯-丁二烯共聚物（SBC)，苯乙烯乙烯丁烯苯乙 烯（SEBS)共聚物，丙烯腈-丁二烯苯乙烯（ABS)，苯乙烯异戊二烯苯乙烯（SIS)共聚物，苯 乙稀，乙稀-丙稀苯乙稀（SEPS)，苯乙稀乙稀-丙稀（SEP)共聚物，苯乙稀-丙稀腈（SAN) 树脂，苯乙烯马来酸酐（SMA)，其组合或其共混物。
[0025] 在本发明的一些实施方案中，该结构层中的聚合物组分包括HIPS或者基本上由 HIPS组成。在本发明的一些其他实施方案中，结构层中的聚合物组分可包括HIPS结合通用 PS，或者可基本上由HIPS结合通用PS组成。例如，在本发明的任何各种实施方案中，HIPS 的浓度为约20 % -约100 %，约30 % -约95 %，约40 % -约90 %，约50 % -约85 %，约 60% -约80%，或约70% -约75wt%，基于结构层中聚合物组分的重量。在一些其他实施 方案中，通用PS的浓度为约0% -约80%，约1% -约60%，约5% -约50%，约7. 5% -约 40%，约10% -约30%，或约15% -约25wt%，基于结构层中聚合物组分的重量。
[0026] 此外，在本发明的任何各种实施方案中，HIPS与通用PS的重量比为约100:1到约 1:1，约50:1到约1:1，约20:1到约1:1，约10:1到约1:1，约10:1到约2:1，约5:1到约 1:1，约5:1到约3:1，约2:1到约1:1，约1:1，约1:1到约2:1，约1:1到约3:1，或约1:1到 约4:1。在一些特定的结构层实施方案中，HIPS与PS的重量比为约20:1到约1:1，约10:1 到约2:1，或约5:1到约3:1。
[0027] 在一些实施方案中，结构层可进一步包括能使多层片材结构如本文描述发挥作用 的任何合适的添加剂。合适的添加剂的实例包括，但不限于，来自片材挤出和热成