用于隔离系统的多层膜结构的制作方法

专利名称：用于隔离系统的多层膜结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及多层膜结构，其设计用于需要隔离系统的应用。相关领域说明用于易腐物品运输的常规容器以模制的发泡聚苯乙烯为基础。此类材料因其不可 压缩性而不便于储存。WO 2002/049927描述了一种由多层阻隔膜组成的多层膜结构，这些阻隔膜以膨胀 后可形成提供隔离的装运容器衬里的方式被粘合在一起。该多层阻隔膜在预定位置热密封 在一起以提供可用气体充满的单独隔板室，这些隔板室各自具有金属化的表面以用于处理 辐射热传递，从而改善隔离效果。本文所公开的阻隔膜由可热密封的基于聚烯烃的材料制 成并且包括由金属制成的条。因为金属与基于聚烯烃的材料之间的低粘附力，多层膜结构 的隔板室通过在非金属化表面沿着结构的直线部分将两层或多层阻隔膜进行热密封而获 得。这要求在使用密封夹片进行热密封时将不同的阻隔膜精确对齐。由于尺寸变化例如收 缩，当密封多层膜结构时，阻隔膜需要不断的重新对齐。如果金属条与密封夹片未对齐，则 会导致粘附力差以及产生废料。为了在膨胀后将气体保持在隔板室内，多层组装的阻隔膜必须密封在轮廓中以形 成闭合的封套结构。然而，由于金属与基于聚烯烃的材料之间的低粘附力，多层膜结构无 法进行热密封来形成闭合的封套结构。此缺点导致需要具有不含金属的表面，所述表面围 绕之前通过热密封形成的直线部分组装的阻隔膜周边延伸。为了形成该不含金属的周向表 面，必须将阻隔膜切断并缩回到施加密封的区域中。此操作使得制造过程变慢并且导致废 料产生。目前需要一种可热密封并且热绝缘的多层膜结构，其具有良好的隔热性能并且可 通过简单的方法进行制造，并且可减少废料的生成。发明概述已发现上述问题可通过一种多层膜得到解决，该多层膜包括a)至少一个柔性阻隔膜，所述柔性阻隔膜包括至少一个包含一种或多种乙烯酸共 聚物和/或其离聚物的热塑性层，其还包括沉积在至少一个热塑性层上的金属或金属氧化 物层，以及b)至少一个外层，所述至少一个阻隔膜和至少一个外层在预定的和选择性的位置粘合在一起以便 形成在多层膜结构之内的单元。在第二个方面，本发明提供了层压工艺以制造由至少一个柔性阻隔膜和至少一个外层制成的多层膜结构。与采用当前工艺水平制备的结构相比，本发明的多层膜结构具有良好的隔热性 能，并且对于结构在经过使用和长时间之后发生的劣化和分层具有良好的抗性。此外，本发 明的多层膜结构可通过简单的方法制造，同时制造速度更高、成本更低并且废料更少。附图简述

图1 用于制备根据本发明的多层膜结构的制备机器的横截面示意图，其中所述 至少一个柔性阻隔膜和所述至少一个外层通过挤出条形层压而粘合在一起。图2A和2B 具有螺旋面的凹槽的辊的示意图。图3A和3B 具有辊肩的辊的示意图。图4 据本发明的优选实施方案的多层膜结构的横截面示意图。图5 根据优选实施方案的多层膜结构的横截面示意图，其中所述结构具有蜂窝 结构。发明详述本文的前提条件是，多层膜结构包括至少一个柔性阻隔膜和至少一个外层，其中 不同层在预定的和选择性的位置粘合在一起。不同的层通过粘附所述至少一个柔性阻隔膜和所述至少一个外层的粘合材料而 粘合在一起。粘合材料在加工温度下呈液体或熔融状态以便粘合不同的膜，并且在将不同 的膜组装并进而形成多层膜结构后呈固态。优选地，粘合材料为聚合材料，并且更优选地粘 合材料为一种或多种乙烯酸共聚物和/或其离聚物，例如下文中描述的用于至少一个热塑 性层但具有介于10至500克/10分钟之间，优选介于约50至70克/10分钟之间的熔融指 数的粘合材料(按照ASTM方法D1238，在190°C下采用2160g砝码测得)。乙烯酸共聚物 和/或其离聚物为优选的粘合材料以用于将不同层粘合在一起，这样会由于相容材料的互 扩散而使得在随时间推移和经过使用后仍保持高度的粘附力。将不同膜粘合在一起的区域的设计、形状和尺寸不受限制，可根据具体的最终应 用进行选择。通过将聚合材料施加于不同的层，然后使其与不同的层接触，并且在预定的和 选择性的位置通过本领域所熟知的任意方式将不同的层粘合在一起，可实现不同层之间的 粘合。用于本发明的柔性阻隔膜的开发是为了减少热漏失和提供优异的隔离效果。实际 上，已知金属化表面可用于尽可能减少通过辐射发生的热传递。金属化膜可通过常规方法(例如溅射、电子束加热、离子电镀法和直接真空金属 化工艺)进行制备。一般来讲，在真空下执行的工艺优选用于本文。尤其优选的是真空金属化工艺，其中将通常为聚合物层的基底引入到真空室，然 后将蒸汽化的金属沉积在基底表面上。此方法可在常规的金属喷镀器内进行，该金属喷镀 器通常由分成两部分的室组成，两部分均被抽至低于大气压的压力。一般来讲，采用介于 10_2和10_6巴之间，优选介于10_3和10_4巴之间的真空度。用于本发明中的所述至少一个柔性阻隔膜包括沉积在至少一个热塑性层上的金 属或金属氧化物层(下文称为“金属层”)。基底被金属化的量或程度通常通过测量金属化 基底的光密度来进行间接测量。光密度是指在特定条件下透过试样的光强度与入射在试样 上的光强度的比率。本文中将光密度记录为此比率的负对数(底数为10)。例如，光密度为1表示透射光强度为入射光强度的十分之一(1/10或0. 1或ICT1)，并且值为2表示透射光 强度为入射光强度的百分之一(1/100或0. 01或10_2)。本文描述的至少一个柔性阻隔膜包 括沉积在至少一个热塑性层上的金属层以制备具有约3或以下、或者约2. 6或以下、约2. 4 或以下、或约2. 2或以下的光密度的金属化膜。优选地，金属层包括一种或多种选自铝、铁、铜、锡、镍、银、铬和金的金属；并且更 优选地包括铝；并且还更优选地基本上由铝组成。用于本发明中的至少一个柔性阻隔膜的金属层可通过技术手段进行处理以提高 其对其他层的粘附力，所述技术手段无限制地包括电晕放电、等离子处理、火焰处理或为本 领域所熟知的其他任何方法。包含一种或多种乙烯酸共聚物和/或其离聚物的至少一个热塑性层为根据本发 明的多层膜结构在金属层和至少一个热塑性层之间赋予高粘附力，进而增加其强度和耐久 性。通过使用一种或多种乙烯酸共聚物和/或其离聚物可能会具有允许较高的生产线速度 的低密封初始温度，并生成坚固可靠的热密封。优选地，上述至少一个热塑性层中的每一层 的厚度为3至100 μ m,并且更优选为5至20 μ m。乙烯酸共聚物包含乙烯共聚残基和一种或多种含3至8个碳原子的α，β _烯键 式不饱和羧酸的共聚残基。丙烯酸和甲基丙烯酸为优选的酸性共聚单体。乙烯酸共聚物可 任选地包含第三软化单体。该“软化”单体降低乙烯酸共聚物的结晶度。合适的“软化”共 聚单体选自丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸烷基酯，其中烷基具有1至8个碳原子。因此，乙烯酸共聚物可描述为Ε/Χ/Υ共聚物，其中E表示乙烯共聚单元，X表示α， β-烯键式不饱和羧酸共聚单元，而Y表示软化共聚单体的共聚单元。按乙烯酸共聚物的总 重量计，乙烯酸共聚物中X的量为约1至约20，优选为8至20，更优选为9至15重量％，并 且Y的量为0至约30重量％，优选为2至15重量％，并且更优选为4至12重量％。共聚 物的其余部分包含乙烯共聚残基或基本上由乙烯共聚残基组成。优选为其中Y占共聚物0%的乙烯酸共聚物。即，优选基本上由乙烯共聚残基和一 种或多种含3至8个碳原子的α，烯键式不饱和羧酸的共聚残基组成的Ε/Χ 二聚物。这 些优选乙烯酸共聚物的具体实例无限制地包括乙烯/丙烯酸和乙烯/甲基丙烯酸二聚物。 此外，合适的乙烯/酸二聚物的熔流指数为1至500克/10分钟，优选为约2至60克/10 分钟，更优选为3至5克/10分钟(按照ASTM方法No. D1238，在190°C下采用2160g砝码 测得)。此外，合适的乙烯/酸二聚物具有在80至110°C之间，优选地在85至95°C之间的 熔点(按照ASTM方法D3418测得)。已知制备乙烯酸共聚物的方法。含高水平酸(X)的乙烯酸共聚物可采用美国专 利5，028，674描述的“共溶剂技术”或采用比制备含较低水平酸的共聚物时较高的压力， 在连续聚合管中进行制备。此外，适用于本文所述多层膜结构的乙烯酸共聚物可以商标 Nucrel Ε. I. du Pont de Nemours andCompany of Wilmington, Delaware, U. S. A.商购获得。如本文所用，术语“离聚物”指乙烯酸共聚物，其中共聚物中至少一些羧酸基团被 中和以形成相应的羧酸盐。合适的离聚物可由上述乙烯酸共聚物制备而成。更具体地讲，适用于中和乙烯酸共聚物的化合物包括具有碱性阴离子和阳离子例 如碱金属阳离子(如锂或纳或钾离子)、过渡金属阳离子(如锌离子)或碱土金属阳离子(如镁或钙离子)以及此类阳离子的混合物或组合的离子化合物。可用于中和乙烯酸共聚 物的离子化合物包括碱金属甲酸盐、乙酸盐、硝酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、氧化物、氢氧化物 或醇盐。其他可用的离子化合物包括碱土金属甲酸盐、乙酸盐、硝酸盐、氧化物、氢氧化物或 碱土金属的醇盐。也可采用过渡金属甲酸盐、乙酸盐、硝酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、氧化物、氢 氧化物或醇盐。优选的中和剂为钠离子、钾离子、锌离子、镁离子、锂离子、过渡金属离子、碱 土金属阳离子以及两种或更多种它们的组合。在适用于本文所述的柔性阻隔膜的离聚物中，酸性部分被中和至含量为1.0至 99. 9当量％，优选20至75当量％，并且更优选20至40当量％。能够对乙烯酸共聚物中目 标含量的酸性部分进行去质子化的中和剂可通过简单的化学计算测得。因此，在相对简单 的方法中可使用足够的碱性化合物，因而在聚集体中可实现所需水平的中和反应。中和反 应可在适用于制备共混聚合物的任何设备(例如挤出机)中进行。此外，合适的离聚物的熔流指数为1至15克/10分钟，优选约3至6克/10分钟 (按照ASTM方法D1238，在190°C下采用2160g砝码测得)。此外，合适的离聚物具有在80 和110°C之间，优选在85和95°C之间的熔点(按照ASTM方法D3418测得)。最后，合适的离聚物以及制备离聚物的方法在例如美国专利3，沈4，272中有进 一步的描述。适用于本文所述多层膜结构的离聚物也可从Ε. I. du Pont de Nemours and Company of Wilmington, Delaware, U. S. A 以Itft示 Surlyn lti_|^i|。包含至少一个热塑性层的所述至少一个柔性阻隔膜可通过常规方法例如吹塑膜 挤出、流延膜挤出或流延板挤出来制备。根据另一个实施方案，用于本发明的所述至少一个阻隔膜可由至少三个共挤出层 组成。第一共挤出层邻近金属层并且包含一种或多种乙烯酸共聚物和/或其离聚物；第 二共挤出层邻近第一共挤出层并且基本上由选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酯、聚酰胺 (PA)、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯丙烯酸甲酯(EMA)、乙烯丙烯酸丁酯(EBA)、乙烯丙烯酸 乙酯(EEA)、聚苯乙烯(PS)以及它们的共混物的聚合物组成，第三共挤出层邻近第二共挤 出层并且包含一种或多种乙烯酸共聚物和/或其离聚物。如果这些层中的任何两层之间的 粘附力不足，可在它们之间添加一个或多个接合层。所述至少一个外层用于保护一层或多层阻隔膜。所述至少一个外层可为单层或多 层。所述至少一个外层面向环境。所述至少一个外层可为聚合物膜、纸层、纸板、金属箔或 网。外层可由多孔材料制成或可由无孔材料制成。如果某些应用需要，或者如果多孔 性使得在剥离(开)最外层时易于分离不同的层，多孔外层为可透气的。多孔材料的实例 包括纸材、纸板、非织造材料或玻璃纤维制成的网。为了维持随时间推移和经过使用后的隔 绝性能，通常期望所述至少一个外层由无孔材料制成以便在多层膜结构发生膨胀时保持气 压。无孔材料的实例包括在柔性阻隔膜上可密封的金属箔和聚合物，例如乙烯酸共聚物和/ 或其离聚物、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酯、聚酰胺(PA)、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯 丙烯酸甲酯(EMA)、乙烯丙烯酸丁酯(EBA)、乙烯丙烯酸乙酯(EEA)、聚苯乙烯(PS)以及它们 的共混物。为了进一步提高根据本发明的多层膜结构的气体阻隔性能以便在随时间推移和 经过使用后仍能够维持隔离性能，可使用至少一个外层(其为多层)。多层外层的实例为包括面向环境的最外层、至少一个阻隔层和面向上述至少一个阻隔膜的一个密封层的结构。 所述至少一个阻隔层为结构赋予低气体透过率。适用于所述至少一个阻隔层的聚合物的实 例包括但不限于乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)、聚偏1，1_ 二氯乙烯(PVDC)、氧化硅和聚酰胺 (PA)。适用于密封层的聚合物的实例包括在所述至少一个阻隔膜上可密封并且被描述用 于上述阻隔膜的所述至少一个热塑性层的聚合物，例如乙烯酸共聚物和/或其离聚物。适 用于最外层的聚合物的实例包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺和聚酯。如果在最外层、阻隔层或 密封层之间的粘附力不足，可在任意两层或膜之间加入一个或多个例如接合层，例如得自 DuPont (Wilmington, USA))的可共挤出的Byne 1 接合树脂。根据本发明的优选实施方案，多层膜结构包括两个外层和夹在中间的一至十五层 的柔性阻隔膜。更优选地，该结构包括两个外层和夹在所述两个外层中间的一至九层的柔 性阻隔膜，并且还更优选地，两个外层和夹在所述两个外层中间的一至三层的柔性阻隔膜。 还更优选地，每个外层均为多层，其包含由聚丙烯(PP)制成的最外层、接合层、由乙烯乙烯 醇共聚物(EVOH)制成的阻隔层、接合层、以及由一种或多种乙烯酸共聚物和/或其离聚物 制成的密封层。用于本发明的所述至少一个外层可以是印刷的。印刷隔离材料可用于提供有关产 品的信息和/或提供适宜的结构外观。所谓“印刷”是指印有“标记、设计、文字或图案”。标 记、设计、文字或图案可以是着色的或未着色的，因此印刷包括可见的标记，还包括压花、处 理等等。墨水和印刷可由本领域的技术人员根据既定的标准(例如经济因素、墨水与结构 的相容性、印刷设计细节的水平等等)进行选择。优选地，上述至少一个外层的厚度介于25和200 μ m之间。在制成如上所述的至少一个柔性阻隔膜和至少一个外层后，膜在预定的和选择性 的位置粘合在一起。优选地，所述至少一个柔性阻隔膜的金属层被取向为朝着所述至少一 个外层。优选地，所述至少一个柔性阻隔膜与所述至少一个外层在它们的粘合处的粘附强 度为至少4N/15mm。如本文所用，术语“粘附强度”是指使处于张力下的粘合破裂所需的热 塑性膜每单位宽度的力大小。因此，粘附强度是对本文所述结构抵抗其层分离的能力的量 度。粘附强度可采用本领域已知的任何方法进行测量，并且优选地在张力检验器(例如，得 自Zwick Roell,AG,of Ulm，Germany的张力检验器)上测量，引拔力角度为180°，牵引头 速度为 100mm/min。如下文所解释，如果所述至少一个阻隔膜和所述至少一个外层例如通过在最终可 膨胀结构内的连续线方法粘合在一起，因此单元之间互相无联系，所述至少一个柔性阻隔 膜中的一层或多层可进行穿孔。重要的是，所述至少一个阻隔膜中的一层或多层的穿孔使 得根据本发明的多层膜结构可从任意位置膨胀。穿孔的形状不受限制。优选地，所述至少 一个柔性阻隔膜中的一层或多层包含圆形穿孔。通过使用热针可实现穿孔。热针熔融膜， 从而形成直径为约Imm的圆形穿孔，这些穿孔由超过厚度的圆形环绕。穿孔步骤可在阻隔 膜自身的制造期间完成，从而提供可卷绕和储存的穿孔膜。作为另外一种选择，阻隔膜可在 将不同的膜粘合在一起之前，使用如图1所示的穿孔器(14)进行穿孔。根据本发明的优选实施方案，所述至少一个阻隔膜和所述至少一个外层通过使用 粘合材料条粘合在一起。将不同的膜粘合在一起的条的形状和取向不受限制，并且根据最终的特定用途进行设计。条可以是连续的或中断的，通常为Imm至IOmm宽，并且优选为3mm 至6mm宽。它们的取向可以为纵向或横向。优选地，对于生产线速度较快的应用，条的取 向为纵向。不同的膜通过隔开的条被粘合在一起，并且优选每个条之间的距离为12mm至 50mmo根据本发明的多层膜结构包括可为开放的或封闭的单元。单元可以是平坦的或放 大的。通过用一种或多种气体对结构充气或通过剥离(开)最外层来分离不同的膜可实现 膨胀。如前面所解释，在单元互相无联系的情况下，可选择不同的设计或方法以使得一 种或多种气体在整个结构内通过循环进行充气，例如a)所述条沿着它们的轴线为连续的，并且不同的膜沿着条的整个长度粘合在一 起。在这种情况下，所述至少一个柔性阻隔膜中的一层或多层具有穿孔。b)所述条沿着它们的轴线为连续的，但是不同膜通过这些条仅在条的轴线方向上 的选定位置粘合在一起。在这种情况下，单元之间的联系通过不同膜之间沿着条的局部的 和中断的粘合来实现。不同膜通过局部的和中断的粘附而实现的粘合可通过使用特定的辊 来实现，例如如图2A所示的设计具有螺旋面的凹槽的辊。此类包括螺旋面的凹槽的辊可在 如图1所示通过挤出条形层压的方式制造多层膜的过程中使用，其中辊(6)包括具有螺旋 面的凹槽。除了在不同膜之间沿着条实现局部和中断的粘附之外，阻隔膜的一层或多层可 以穿孔，以使得一种或多种气体更易于通过整个结构进行循环和/或提高多层膜结构的隔 离性能。C)所述条为中断的。所谓“中断的条”是指在其轴线方向上的不连续的条。当使 用中断的条时，通过因此形成的空隙来实现单元之间的联系。除了具有中断的条和空隙之 外，阻隔膜的一层或多层可以具有穿孔。如果优选地所述至少一个柔性阻隔膜和所述至少一个外层通过条粘合在一起，则 此类膜优选地通过挤出条形层压而粘合在一起。作为另外一种选择，结构可通过其他常规 方法例如粘附条形层压、热熔条形层压或全宽度挤出来制成。图1示出了用于通过成条工艺实施层压的挤出层压设备的横截面。根据本发明的 多层膜结构可通过包括下列步骤的方法进行制备a)提供柔性阻隔膜，b)提供外层，c)使 柔性阻隔膜和外层相互靠近，d)将条形粘合材料挤出到柔性阻隔膜和外层的彼此相面对的 相应面上，并且e)通过粘合材料将柔性阻隔膜和外层条形层压。优选地，所述至少一个阻 隔膜06)和该至少一个外层08)通过一定方法粘合在一起，该方法包括在各个膜之间挤 出粘合材料的熔融长丝，并在两个辊之间接触之处高速移动(例如约40至300米/分钟，并 且优选约50至120米/分钟)。优选地，熔融长丝的温度为150至300°C，并且优选为230 至250°C。将所述至少一个阻隔膜06)和所述至少一个外层08)粘合在一起包括几个步 骤i)熔融挤出机(18)中的粘合材料，并将其泵入到具有喷嘴的模头00)中或通过具有 喷嘴的模头00)将其挤出，以及ii)在层压机内使两层膜和熔融的粘合材料同时接 触，并且在冷却的金属辊(16)和橡胶涂覆辊(6)之间的辊隙04)间将它们压在一起。优 选地，用于条的粘合材料包含乙烯酸共聚物和/或其离聚物，如上文所述用于所述至少一 个热塑性层，但其具有10至500克/10分钟，优选地50至70克/10分钟的熔融指数，按照 ASTM方法D1238，在190°C下采用2160g砝码测得。
当使用一层或多层穿孔的阻隔膜来实现下文所述的最终可膨胀结构的单元之间 的联系时，穿孔可在阻隔膜自身的制造过程中或使用如图1所示的穿孔器(14)完成。当 通过将不同膜在沿条的选定位置粘合来实现单元之间的联系时，膜之间所选的中断的粘合 可通过橡胶涂覆辊(6)来获得，橡胶涂覆辊优选包括螺旋面的凹槽以通过局部和中断的粘 附来粘合不同的膜。参照图2A和2B，具有螺旋面的凹槽的夹辊优选表征为具有介于10和 40mm之间，优选20mm的凹槽宽度(30)；介于30和IOOmm之间，优选70mm的各凹槽间距离 (32)；介于2和IOmm之间，优选5mm的凹槽深度(34)；以及介于30和80°之间，优选60° 的凹槽与辊轴的夹角(36)。粘合条形层压涉及将所述至少一个阻隔膜和所述至少一个外层通过一种方法粘 合在一起，该方法涉及将反应粘合剂条施加到一层或两层膜上。将所述至少一个柔性阻隔 膜和所述至少一个外层粘合在一起包括几个步骤i)通过将温度低于50°C并且可能包含 溶剂的反应性粘合剂泵到辊的涂覆工位上来提供粘合剂，以及ii)通过使用金属辊和橡胶 涂覆辊之间的辊隙将膜压在一起。当通过使用一层或多层的穿孔阻隔膜来实现单元之间的联系时，穿孔可以在阻隔 膜自身的制造期间或在粘合层压过程中完成。通过将不同的膜在选定位置沿着条粘合在一 起而实现单元之间的联系时，膜之间所选的中断的粘附通过优选地包含辊肩的辊获得，以 便将反应粘合剂以沿纵向中断粘合的方式施加到膜之一上。热熔条形层压涉及将所述至少一个阻隔膜和所述至少一个外层通过一种方法粘 合在一起，该方法涉及施加熔融的热熔性粘合剂条。将所述至少一个阻隔膜和所述至少一 个外层组装在一起包括几个步骤i)将预先在介于100和230°C之间的温度下熔融的粘合 剂泵入到模头内以用于形成各个条， )在介于100和230°C之间，将热熔融粘合剂通过模 头涂布在外层或阻隔膜上，其中模头的出口离膜的距离介于0. 1和IOmm之间，以及iii)通 过硬辊和橡胶涂覆辊之间的辊隙将不同的膜压在一起。当通过使用一层或多层的穿孔阻隔膜来实现单元之间的联系时，穿孔可以在阻隔 膜自身的制造期间或在热熔融层压过程中完成。当通过使用中断的条来实现单元之间的联 系时，可使用电子阀停止模头内熔融条的流动。当通过将不同的膜在选定位置沿着条粘合 在一起来实现单元之间的联系时，膜之间所选的中断的粘附通过优选包括螺旋面的凹槽的 夹辊获得。此类包括螺旋面的凹槽的辊具有与上述给定的相同的参数。全宽度挤出层压涉及将所述至少一个柔性阻隔膜和所述至少一个外层通过一种 方法粘合在一起，该方法涉及施加一层热塑性组合物。将所述至少一个阻隔膜和所述至少 一个外层组装在一起包括几个步骤i)熔融热塑性组合物并将其泵入到平模中或在平模 中挤出，以及ii)使两层膜与熔融热塑性组合物同时接触，并且在冷却的金属辊和橡胶涂 覆辊之间的辊隙间将它们压在一起，该橡胶涂覆辊包括辊肩。虽然图3A中仅示出了一些辊 肩，但是辊可在其整个表面包括任何图案(具体取决于条的形状、尺寸和任何特征)的辊 肩。参照图3A和;3B，包括辊肩的橡胶涂覆辊优选地表征为具有介于3和8mm之间，优选5mm 的辊肩宽度(38)；介于3和IOmm之间，优选4mm的辊肩高度00)；介于50和IOOmm之间， 优选76mm的辊肩纵向长度02)；以及介于15和50mm之间，优选38mm的各辊肩纵向距离 (44)；以及介于10和IOOmm之间，优选介于20和40mm之间，并且更优选25mm的各辊肩中 心横向距离G6)。优选地，用于条的热塑性组合物由乙烯酸共聚物和/或其离聚物组成。
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优选采用挤出条形层压工艺，不仅因为可得到随时间推移的最佳粘附保持(由于 如上所述的相容材料的互扩散而导致)，还因为该方法可实现更高的生产线速度。在溶剂逸 气(来自反应性粘合剂的副产物)将产生相反效果的情况下，优选挤出层压。形成粘附需 要1天至10天的固化时间，这会是该方法的缺点。根据最终用途，热熔融条形层压可能不是 优选的方法，因为在受力情况下蠕变性能较差而会导致随时间推移的粘附性差。由于难以 控制在预定的选择性位置上的粘附性(即，辊肩上的粘附性好，同时辊肩旁的粘附性差)， 全宽度挤出层压可能也不是优选的方法。与采用当前工艺水平的方法(其中通过沿结构的 直线部分热密封不含金属的表面，从而将不同的膜粘合在一起)相比，层压方法、尤其是挤 出层压方法可使得制造速度迅速提高至少四倍。通过重复上述组装技术可制备多层膜结构，其中附加阻隔膜的金属层优选地朝向 之前粘合的阻隔膜的热塑性层。为节约储存空间以及降低装运成本，根据本发明的多层膜结构可以收缩的未充气 状态卷起，其可以滚动、易于储存及运输。根据具体的应用，根据本发明的多层膜结构包括 单元，该单元可通过用一种或多种气体向单元充气或通过剥离最外层以分离不同的膜而获 得。多层膜结构将会吹胀或用一种或多种气体根据需要填充以提供所需的隔离系统。此类 结构被称为隔离结构。为了维持随时间推移和经过使用后的隔离性能，通常期望所述至少 一个外层由无孔材料制成以便在多层膜结构被吹胀后可保持气体。在分离所述至少一个外 层或进行吹胀或气体填充后，上述多层膜结构具有多个在阻隔膜或外层之间形成的单独单 元。优选地，单元基本上以蜂窝结构布置。如图5所示，蜂窝结构的实例通过将不同的并且 邻近的层借助粘合材料在预定的和选择性的位置粘合在一起获得，优选地不同的膜通过由 粘合材料制成的条以横向偏移间隔的方式粘合在一起；所述条彼此隔开并且以交替偏移的 方式施加到层上和/或层下。根据本发明的隔离结构的单元的尺寸按照此方式设计以满足隔离性能。优选地， 根据本发明的多层膜结构的单元足够小以减少对流，从而实现优异的隔离性能。优选地，单 元具有介于13mm和IOOmm之间，更优选地介于20和40mm之间的尺寸。所谓“尺寸”是指 在已施加垂直于结构的力或已将气体填充至单元后膜之间的距离。根据本发明的优选实施方案，多层膜结构的不同层密封在一起以形成封套结构。 在形成填气单元之前，需要在轮廓上热密封多层膜结构以形成紧密闭合的封套，该封套通 常可承受高达0. 2巴的压力。为此，根据本发明的多层膜结构在其整个表面是可热密封的， 因此可围绕结构的外围形成牢固的密封。除承受压力外，期望密封足以抵抗随时间推移和 经过使用后的劣化和分层，即，结构表现出至少4N/15mm的密合强度。“可热密封的结构”是 指在施加范围介于1. 5和7巴之间的压力，高于100°C的温度并且经历介于0. 5s和如之间 的时间的条件下通常可密封的结构。如本文所用，术语“密合强度”是指使处于张力下的密封破裂所需的热塑性膜每单 位宽度的力大小。因此，密合强度是对本文所述结构抵抗其层分离的能力的量度。密合强 度可采用本领域已知的任何方法进行测量，并且优选地采用此前描述用于测量所述至少一 个柔性阻隔膜和所述至少一个外层之间在它们粘合位置处的粘附强度所用的方法。根据优选实施方案，根据本发明的隔离结构通过采用一种或多种气体向单元充气 获得。根据所需的隔离效率，气体可选自空气、二氧化碳、氮气或惰性气体，例如氩、氪或氙。对于多层膜结构的给定应用，其中单元已填充给定气体，可通过改变气体体积调整隔离性 能。气体体积可通过改变外层之间的距离或改变填充气体的结构的压力而改变。根据本发明的多层膜结构的单元的膨胀可通过以下方式完成在封套的所述至少 一个外层上形成至少一个孔，用一种或多种气体充气并且密封多层膜结构以将此一种或多 种气体保持在结构内，或通过密封阀并且用一种或多种气体充气的方式。根据本发明的多层膜结构可用于需要隔离系统的若干个应用中。此类应用的实例 无限制地包括易腐物品的隔离包装，例如装于容器中以进行运输的冷冻食品或医药产品； 纺织品隔离，例如消费者户外娱乐设备(饮料冷却器、冰柜、饮料壶、户外休闲帐篷和睡袋、 衣服和运动服(如背心、手套、运动鞋、背包))；头盔和工艺纺织物；用于运输设施(例如 火车、轮船、飞机、汽车、卡车、游艺车、旅宿汽车和有轮房车)的隔离；用于工业、商业或农 业的器具的隔离；建筑材料(例如墙壁、房顶、天花板、地板和户外泳池)的隔离；家用电器 (如冷藏机、冷冻机和热水器)的隔离；以及环境空调设备及其相关热分配系统的隔离。根据本发明的多层膜结构不仅赋予隔离系统，而且还提供防止机械撞击的保护， 并且可有效阻隔气体、紫外线和光线。此外，如上所述，由乙烯酸共聚物和/或其离聚物制 成的热塑性层用于所述至少一个阻隔膜中可为最终包装赋予热粘附强度，并防止隔板室充 气后的任何密封失效。在金属层、热塑性层和条之间的良好粘附性以及结构的热密封性使 得制造过程具有时间和成本效益，并且为设计性能提供了更多的可能性。提供了以下实施例以进一步详细描述本发明。这些实施例示出了目前设想来实施 本发明的优选模式，其旨在说明而不是限制本发明。实施例下列结构用于制备根据本发明的多层膜结构1)阻隔膜在流延膜生产线(Windmoeller & Hoelscher，Germany)上制备25 μ m离聚物膜。 用于制备膜的离聚物为包含乙烯和15重量％ MAA(甲基丙烯酸)的共聚物，其中23%的可 用羧酸部分被中和以形成锌羧酸基团。该产品由E. I.du Pont de Nemours and Company, Wilmington, Delaware 以商标 Surlyn 提供。根据 160°C、190°C、220°C、240°C和 250°C 的 温度曲线，挤出机温度针对相同长度的五个挤出机区域进行设置。模头(2. !宽)和连接 管设置为250°C。铸塑辊设置为20°C。生产线速度为lOOm/min。同时制备出两卷宽度均为 1. Im并且长4000m的膜。然后在真空金属喷镀器(LeybolcbGermany)中以4m/s的速度和_15°C的辊温度， 将离聚物膜进行金属化至光密度为2. 8。然后将膜退绕并在大气压下以lOOm/min的速度重 绕以避免因粘连引起的破裂。将离聚物密封至离聚物时，阻隔膜自身的密合强度为7N/15mm ；当将离聚物密封 至金属化时密合强度为5N/15mm，2s内温度为160°C，并且密封区域的压力为3巴。2)外层共挤出层的结构为PP/粘合剂/EVOH/粘合剂/Surlyn ，厚度分别为 35/5/5/5/25 μ m(总厚度为75 μ m)。该层可得自Pliant公司(USA)。3A) iS遍丨屮,■瓶工力吿丨丨成遍(夕卜■/斜丨,__ 腊)
用热针穿孔器PM5(AFS，Germany)对在1)中获得的金属化离聚物膜进行穿孔以允 许结构膨胀。生产线速度为lOOm/min，并且在约350°C的温度下对针进行加热，部分通过加 热环热传导，而部分通过红外线加热器加热。针的直径为2mm，并且纵向距离为38mm。针行 之间的横向距离为19mm，并且两个相邻针行之间的位置纵向偏移19mm。穿孔的金属化离聚物膜在纵向伸长率为76%时，断裂张力为10N/15mm ；在横向伸 长率为12%时，断裂张力为6N/15mm。相比之下，无孔的金属化离聚物膜在纵向伸长率为 160%时，断裂张力为12N/15mm;在横向伸长率为430%时，断裂张力为10N/15mm。在挤压涂布/层压试验线(由Egan，Great Britain制造)上，以60m/min的线速 度，通过挤出条形层压工艺，将外部多层膜和穿孔的阻隔膜粘合在一起。参照图1，将宽度为450mm的一卷外部多层膜08)从主退绕机( 上退绕并放在 层压机⑷的辊隙04)上，外层的PP层与橡胶涂覆辊(6)(硬度为90肖氏硬度A，外径为 166mm，橡胶厚度⑶为Imm)接触。将宽度为450mm的一卷穿孔阻隔膜06)从第二个退绕机(10)上退绕，用电晕处 理机(由Sierman (United Kingdom)制造)(12)在4. 5kff的功率下进行电晕处理，然后将 其放在层压机(4)的辊隙04)上，阻隔膜的热塑性层与直径为700mm的冷却辊(16)接触。在整个过程中，冷却辊(16)和橡胶涂覆辊(6)使用15°C的水保持冷却。将含10重量％甲基丙烯酸并且熔融指数为60的乙烯酸共聚物(2. 16kg, 190°C ) (得自 DuPont de Nemours，Wilmington，USA，商标为 Nucrel )在挤出机(18)中进行熔融， 挤出机具有25mm的内径，由Betol，Great Britain制造，设置为转速90rpm并且输出速度 为^^作。将挤出机(18)的温度设置为进料区190°C，压缩区230°C，计量区M0°C。熔融 的乙烯酸共聚物通过低压模头OO)经由柔性加热软管进料，低压模头由Robatech，Muri, Switzerland制造，温度设置为250°C。模头(20)位于层压机(4)的辊隙(24)上方约15cm 处。模头OO)配备有12个内径为Imm的喷嘴，喷嘴之间的距离为38mm。乙烯酸共聚物的 熔融长丝从喷嘴中垂直流出，并且同时接触辊隙04)中的外部多层膜和穿孔阻隔膜。夹辊 (6)施加了 15000N的力，使得熔融长丝(冷却并固化为宽度为6mm的条)的截面发生变形。 调整模头的位置以将条施加到穿孔阻隔膜的洞之间。将如此获得的多层膜绕在卷绕机02)上，每台卷绕机02)上卷绕IOOOm多层膜结构。3B) ii丄寸挤形Hl压工艺泡丨5^艮据本发日月的多Hlfl莫结构(夕卜Hl/阻_膜)，其中 1 连续的并目.不同 灿莫在沿着I的诛定拟I1处粘合在一走己在挤压涂布/层压试验线(由Egan，Great Britain制造)上，以60m/min的线速 度，通过挤出条形层压工艺，将外部多层膜和阻隔膜组装在一起。参照图1，将宽度为500mm的一卷外部多层膜08)从主退绕机( 上退绕并放在 层压机⑷的辊隙04)上，外层的PP层与橡胶涂覆辊(6)(硬度为90肖氏硬度A，外径为 166mm，橡胶厚度⑶为Imm)接触。将宽度为450mm的一卷阻隔膜06)从第二个退绕机(10)上退绕，用电晕处理机 (由Sierman (United Kingdom)制造)(12)在4. 5kW的功率下进行电晕处理，然后将其放在 层压机的辊隙04)上，阻隔膜的热塑性层与直径为700mm的冷却辊(16)接触。在整个过程中，冷却辊(16)和橡胶涂覆辊(6)使用15°C的水保持冷却。
将含10重量％甲基丙烯酸并且熔融指数为60的乙烯酸共聚物(2. 16kg，190°C ) (得自 DuPont de Nemours，Wilmington，USA，商标为 Nucrel )在挤出机(18)中进行熔融， 挤出机具有25mm的内径，由Betol，Great Britain制造，设置为转速90rpm并且输出速度 为^^作。将挤出机(18)的温度设置为进料区190°C，压缩区M0°C，计量区250°C。熔融 的乙烯酸共聚物通过低压模头OO)经由柔性加热软管进料，低压模头由Robatech，Muri, Switzerland制造，温度设置为250°C。模头(20)位于层压机(4)的辊隙(24)上方约15cm 处。模头00)配备有12个内径为Imm的喷嘴，喷嘴之间的距离为38mm。乙烯酸共聚物的 熔融长丝从喷嘴中垂直流出，并且同时接触辊隙04)中的外部多层膜和阻隔膜。夹辊(6) 施加了 15000N的力，使得熔融长丝(冷却并固化为宽度为6mm的条)的截面发生变形。为 了具有包括阻隔膜和外层的结构，并且其中阻隔膜和外层通过局部和中断的粘合沿着条粘 合在一起，采用了包括螺旋面的凹槽的夹辊(6)。参照图2A和2B，具有螺旋面的凹槽的夹 辊特征在于凹槽宽度(30)为20mm，凹槽深度(34)为5mm，每个凹槽之间的距离(32)为 70mm，并且凹槽与轴的夹角(36)为60°。如此获得的多层膜结构包括由连续条粘合在一起 的不同膜，并且其中不同膜之间的粘合是局部和中断的。将如此获得的多层膜绕在卷绕机02)上，每台卷绕机02)上卷绕IOOOm多层膜结构。4)通过挤出条形层压工艺制成根据本发明的多层膜结构(外层/阻隔膜/外层)根据3A)或3B)获得的多层膜结构被层压在根据图4示出的结构的附加外层上， 以获得包括金属层(54)和热塑性层(56)的柔性阻隔膜06)和用条(5 粘合在一起的两 个外层( )，从而获得排列为蜂窝结构内的单元。包括两个外层和一层穿孔或未穿孔的阻 隔膜的多层膜结构可在具有两个层压机的串联生产线中经一次流程制备而成。挤出条形层 压工艺可用于制备包括一层以上阻隔膜的多层膜结构卷，其方法是数次通过生产线或在同 一生产线上配备数个层压机。尽管上文已描述并具体例示了本发明的某些优选实施方案，但并不旨在将本发明 限制于此类实施方案。此外，应当理解，虽然在上文的描述中已示出了许多本发明的特征和 优点，以及该结构的细节和本发明的功能，但本公开仅为示例性的，并且可以在不脱离本发 明原理的基础上，根据所附权利要求书中所用术语的广泛一般性含义范围内，对本发明的 细节进行最大程度的修改，尤其是对形状、尺寸和部件排列方面的修改。
1权利要求
1.多层膜结构，所述多层膜结构包括a)至少一个柔性阻隔膜，包括至少一个包含一种或多种乙烯酸共聚物和/或其离聚物 的热塑性层，所述柔性阻隔膜还包括沉积在至少一个热塑性层上的金属或金属氧化物层， 以及b)至少一个外层，所述至少一个阻隔膜和至少一个外层在预定的和选择性的位置粘合在一起以便形成 在所述多层膜结构之内的单元。
2.根据权利要求1的多层膜结构，其中所述至少一个阻隔膜和所述至少一个外层通过 包含一种或多种乙烯酸共聚物和/或其离聚物的粘合材料粘合在一起。
3.根据任何一项前述权利要求的多层膜结构，其中所述至少一个柔性阻隔膜的所述一 种或多种乙烯酸共聚物和/或其离聚物选自乙烯丙烯酸共聚物、乙烯甲基丙烯酸共聚物和 乙烯丙烯酸共聚物或乙烯甲基丙烯酸共聚物的离聚物中的一种或多种。
4.根据任何一项前述权利要求的多层膜结构，其中所述至少一个外层为聚合物膜、纸 层、纸板、金属箔或网。
5.根据任何一项前述权利要求的多层膜结构，其中所述至少一个外层由多层结构制成。
6.根据权利要求5的多层膜结构，其中所述多层结构包括气体阻隔层。
7.根据任何一项前述权利要求的多层膜结构，所述多层膜结构包括两个外层和夹在所 述两个外层中间的一至十五层的柔性阻隔膜。
8.根据任何一项前述权利要求的多层膜结构，其中所述至少一个阻隔膜和所述至少一 个外层通过粘合材料条粘合在一起。
9.根据权利要求9的多层膜结构，其中所述条的宽度为Imm至IOmm并且彼此之间以 12mm至50mm的距离定位。
10.根据任何一项前述权利要求的多层膜结构，其中所述阻隔膜中的一层或多层包含 穿孔。
11.根据任何一项前述权利要求的多层膜结构，其中所述单元基本上以蜂窝结构布置。
12.根据任何一项前述权利要求的多层膜结构，其中所述单元具有介于15mm和IOOmm 之间的尺寸。
13.由权利要求1至12中任一项的多层膜结构制成的封套结构。
14.如任何一项前述权利要求所表征的多层膜结构用于易腐产品的隔离包装，隔离包 装，纺织品隔离，用于运输的隔离装置，工业、商业或农业用途的隔离器具，建筑材料，用于 住宅用途的隔离器具以及隔离空调设备的用途。
15.制备多层膜结构的方法，所述方法包括以下步骤a)提供柔性阻隔膜，b)提供外层，c)使所述柔性阻隔膜和所述外层彼此靠近，d)将条形的粘合材料挤出到所述柔性阻隔膜和所述外层的彼此相面对的相应侧上，以及e)通过所述粘合材料条形层压所述柔性阻隔膜和所述外层。
全文摘要
本发明提供了设计用于需要隔离系统的应用的多层膜结构。本发明所公开的多层膜结构包括a)至少一个柔性阻隔膜，所述柔性阻隔膜包括至少一个包含一种或多种乙烯酸共聚物和/或其离聚物的热塑性层，所述柔性阻隔膜还包括沉积在所述至少一个热塑性层上的金属或金属氧化物层，以及b)至少一个外层，其中所述至少一个阻隔膜和所述至少一个外层在预定的和选择性的位置粘合在一起，从而形成在多层膜结构之内的单元。
文档编号B29C43/22GK102112283SQ200980129794
公开日2011年6月29日 申请日期2009年7月31日 优先权日2008年7月31日
发明者G·雅克斯, J·P·克内代, J·安德烈, N·罗宾, Y·M·特鲁耶 申请人:纳幕尔杜邦公司