具有聚烯烴和礦物填料的聚合物復(fù)合物的一次性蓋子的制作方法
【專利摘要】一次性蓋子，包括以用于熱飲容器的蓋子形狀的熱成型片。該片材包括聚烯烴和至少一種礦物填料的聚合物復(fù)合物。該片材厚度小于約0.035英寸，且熱變形溫度至少與高抗沖聚苯乙烯的熱變形溫度相當(dāng)。
【專利說明】具有聚烯烴和礦物填料的聚合物復(fù)合物的一次性蓋子
【背景技術(shù)】
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2011年4月21日申請的序列號為61 / 477，886的美國臨時(shí)申請的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容以引用方式并入本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本申請一般涉及尤其適用于一次性蓋子及類似物的聚合物組合物。具體地，本申請涉及一種包括熱成型片材的一次性蓋子，該熱成型片材具有聚烯烴和至少一種礦物填料的聚合物復(fù)合物。
[0004]現(xiàn)有摶術(shù)
[0005]熱飲，例如為忙碌人士新鮮調(diào)制的咖啡通常盛放在具有一次性蓋子的厚紙杯中。咖啡一般在90-96°C下調(diào)制，在82-88°C下保持并在70_80°C下盛放?？Х缺w優(yōu)選地具有承受將蓋推至杯上所需之力以及在咖啡的溫度下保持尺寸穩(wěn)定性的機(jī)械強(qiáng)度。在一溫度范圍之內(nèi)的材料的機(jī)械強(qiáng)度可關(guān)系到材料的熱變形溫度(“HDT”)或負(fù)載下的變形溫度(“DTUL”)。目前用于熱飲杯的封蓋材料主要由高抗沖聚苯乙烯(“HIPS”)制成，由于其無定形結(jié)構(gòu)，其易于加工并且在剛性和強(qiáng)度之間具有良好的平衡。但是，高抗沖聚苯乙烯樹脂可能易受化學(xué)侵蝕以及由溶劑造成的碎裂。另外，樹脂中存在的殘留苯乙烯單體可散發(fā)惱人的氣味。此外，在所有的商品級樹脂中，高抗沖聚苯乙烯樹脂具有相對高的碳足跡。因此，仍需要制造改良的一次性蓋子。
[0006]發(fā)明概沭
·[0007]下文將描述本申請的目的和優(yōu)點(diǎn)，通過下文的描述以及通過實(shí)踐本申請所了解到的，可明顯地了解本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)。由書面描述和權(quán)利要求中特別指出的裝置以及從附圖中，可實(shí)現(xiàn)以及達(dá)到本申請的額外的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]為了達(dá)到這些和其它優(yōu)點(diǎn)以及根據(jù)本申請廣義和具體的目的，本申請包括一次性蓋子，其包括用于熱飲容器的蓋子形狀的熱成型片材。該片材包括聚烯烴和至少一種礦物填料的聚合物復(fù)合物。該片材的厚度小于約0.035英寸，且熱變形溫度至少與高抗沖聚苯乙烯相當(dāng)。
[0009]根據(jù)一方面，該熱變形溫度至少約等于高抗沖聚苯乙烯的熱變形溫度。特別地，根據(jù)受彎曲負(fù)載下的邊緣位置塑料的熱變形溫度的ASTM D648-06標(biāo)準(zhǔn)測試法(2006)，熱變形溫度可以至少為約87°C。
[0010]如本文所實(shí)施的那樣，礦物填料可包括高長徑比的礦物填料，例如，選自由滑石粉，云母，硅灰石或其組合構(gòu)成的群組。例如，聚合物復(fù)合物可包括至少約10重量％的高長徑比的礦物填料。此外或替代地，礦物填料可包括低長徑比的礦物填料，例如碳酸鈣。例如，聚合物復(fù)合物可以包括至少約20重量％的低長徑比的礦物填料。聚烯烴可選自由聚丙烯均聚物、聚丙烯抗沖共聚物、乙烯-丙烯無規(guī)共聚物、高密度聚乙烯或其組合構(gòu)成的群組。[0011 ] 在一個(gè)實(shí)施例中，聚烯烴包括聚丙烯，礦物填料包括高長徑比的礦物填料，且該聚合物復(fù)合物包括至少約10重量％的礦物填料。在另一個(gè)實(shí)施方式中，聚烯烴包括聚丙烯，礦物填料包括低長徑比的礦物填料，且該聚合物復(fù)合物包括至少約20重量％的礦物填料。在又一個(gè)實(shí)施方式中，聚烯烴包括高密度聚乙烯，礦物填料包括高長徑比的礦物填料，且該聚合物復(fù)合物包括至少約20重量％的礦物填料。在又一個(gè)實(shí)施方式中，聚烯烴包括高密度聚乙烯，礦物填料包括低長徑比的礦物填料，且該聚合物復(fù)合物包括至少約40重量％的礦物填料。
[0012] 根據(jù)另一方面，聚烯烴可以包括聚丙烯，礦物填料可包括高長徑比的礦物填料，且該聚合物復(fù)合物的收縮率可與高抗沖聚苯乙烯相當(dāng)。例如，根據(jù)ASTM D955標(biāo)準(zhǔn)(1996)測量時(shí)，聚合物復(fù)合物的收縮率可為約0.5%到約1.0%。在此方式中，聚合物復(fù)合物包括約20重量％到約40重量％的礦物填料。
[0013]根據(jù)另一方面，聚烯烴可包括聚乙烯，礦物填料可包括高長徑比的礦物填料，且該聚合物復(fù)合物的收縮率可與聚丙烯相當(dāng)。例如，根據(jù)ASTM D955標(biāo)準(zhǔn)(1996)測量時(shí)，聚合物復(fù)合物的收縮率可為約1.25%到約1.75%。在此實(shí)施方式中，聚合物復(fù)合物包括約30重量％到約50重量％的礦物填料。
[0014]根據(jù)所公開的主題的一個(gè)方面，聚合物復(fù)合物主要由聚烯烴和至少一種礦物填料構(gòu)成。但是，該聚合物復(fù)合物可進(jìn)一步包括添加劑，其選自由著色劑，加工助劑及其組合構(gòu)成的群組。
[0015]如本文所實(shí)施的那樣，熱飲容器可以是咖啡杯，但是也可以預(yù)想一種用于其它合適容器的蓋子。
[0016]根據(jù)另一個(gè)方面,該聚合物復(fù)合物的碳足跡(footprint)低于高抗沖聚苯乙烯。例如，該聚合物復(fù)合物的溫室氣體排放低于高抗沖聚苯乙烯。
[0017]應(yīng)當(dāng)理解上文概述和下文詳細(xì)描述僅是示例性的，旨在進(jìn)一步解釋本申請的權(quán)利要求。
[0018]并入本說明書并且構(gòu)成本說明書一部分的附圖旨在圖解本申請的裝置，且提供對本申請裝置的進(jìn)一步的解釋。附圖連同書面描述用于解釋本申請的原理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為根據(jù)所公開的主題的純凈的高抗沖聚苯乙烯、純凈的聚丙烯、純凈的高密度聚乙烯以及某些礦物填充的聚合物復(fù)合物各自的熱變形溫度圖。
[0020]圖2是根據(jù)所公開的主題的純凈的高抗沖聚苯乙烯、純凈的聚丙烯、純凈的高密度聚乙烯以及某些礦物填充的聚合物復(fù)合物各自的收縮特性圖。
[0021]優(yōu)詵實(shí)施方式詳沭
[0022]現(xiàn)將詳細(xì)參考本申請優(yōu)選的實(shí)施例，附圖中圖解本申請的實(shí)施例。本文呈現(xiàn)的一次性蓋子一般旨在與盛放高溫?zé)犸?，例如咖啡的杯子或其它容器配合使用。盡管本文將參考用于熱飲杯的蓋子，也可預(yù)想到其它類似或合適的用途。
[0023]典型地，聚烯烴的熱變形溫度低于高抗沖聚苯乙烯(“HIPS”)，因此不適合單獨(dú)(例如純凈的)用作熱飲杯的封蓋材料。然而，根據(jù)所公開的主題，聚烯烴的熱變形溫度可通過加入至少一種礦物填料以形成聚合物復(fù)合物而得到改善。得到的聚合物復(fù)合物的熱變形溫度可至少約等于高抗沖聚苯乙烯的熱變形溫度，因此可用作熱飲杯或類似物的封蓋材料。
[0024]根據(jù)所公開的主題的一次性蓋子包括用于熱飲容器的蓋子形狀的熱成型片。所述片材包括聚烯烴和至少一種礦物填料的聚合物復(fù)合物。片材厚度小于約0.035英寸且熱變形溫度至少與高抗沖聚苯乙烯的熱變形溫度相當(dāng)。
[0025]在一個(gè)實(shí)施方式中，礦物填料可包括用于提高聚烯烴的熱變形溫度的任意合適的礦物填料。例如但不限于，礦物填料可包括高長徑比的填料，低長徑比的填料，或兩者的混合物。為便于理解，本文將術(shù)語顆粒的“長徑比”定義為顆粒的最大尺寸除以顆粒的最小尺寸的比率。通過電子顯微鏡(放大2，000倍)掃描以及視覺上觀察顆粒的外表面來確定顆粒的長度和厚度，從而確定長徑比。
[0026]本文將高長徑比填料定義為長徑比至少為約5: I的填料。本文所公開的主題的高長徑比填料的長徑比一般為約5: I到約40: 1，優(yōu)選約10: 1到約20: 1。高長徑比填料可包括滑石粉、云母、硅灰石或其組合。市售的滑石粉材料包括，但不限于，可從Luzenac Amer ica of Eng lewood, Colorado 購買的 JETFIL? 575。市售的云母材料包括可從 Zemex Indust rial Minerals, Inc.購買的SUZ0REX? 325-PP。市售的娃灰石包括，但不限于，可從 NYCO Mineral s Inc.0f Calgary, Alberta, Canada 購買的NYGL0S? 系列娃灰石。
[0027]所公開的主題的低長徑比填料的長徑比一般為1:1到約3: 1，優(yōu)選為1:1到約2:1。低長徑比填料可包括碳酸鈣、硫酸鋇或其組合。市售的碳酸鈣包括，但不限于，可從 OMYA Inc.0f Cincinnat i, OH 購買的 0MYACARB FT?，或可從 Imerys PerformanceMinera I s Inc.0f Alpharet ta, Ga.購買的SllperCOat?。市售硫酸鋇的一個(gè)不例是可從 Polar Minerals in Mentor, Ohio 購買的 BARITE 2075?。
[0028]當(dāng)所述的至少一種填料包括高長徑比和低長徑比填料的混合物時(shí)，所述填料混合物可包括任意合適重量百分比的高長徑比填料和低長徑比填料。例如，所述填料混合物可包括至少50重量％的高長徑比填料。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述填料混合物可具有約50到約80wt.%的高長徑比填料以及約20到約50wt.%的低長徑比填料。
[0029]根據(jù)一方面，所述聚烯烴可以是任意合適的聚烯烴。例如但不限于，聚烯烴可選自由聚丙烯均聚物、聚丙烯抗沖共聚物、乙烯-丙烯無規(guī)共聚物、高密度聚乙烯或其組合構(gòu)成的群組。所述聚烯烴可以是均聚聚丙烯和抗沖共聚聚丙烯以任意需要的重量百分比，例如60 / 40混合，或以足夠達(dá)到復(fù)合物所需抗沖性質(zhì)的混合比例混合。
[0030]根據(jù)一個(gè)方面，聚合物復(fù)合物可主要由聚烯烴和至少一種礦物填料組成。但是，聚合物復(fù)合物可進(jìn)一步包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任意的添加劑。例如，但不限于，添加劑可包括著色劑，加工助劑例如常用于加工組合物的那些，或其組合。
[0031]根據(jù)一個(gè)方面，可使用多種常規(guī)制造以及成型工藝形成該一次性蓋子，包括熱成型或注射成型工藝，但本文使用熱成型工藝。根據(jù)一種制造方法，在雙螺桿擠出機(jī)中熔融聚烯烴樹脂的團(tuán)塊。將至少一種礦物填料的粉末與聚烯烴熔體混合和/或加入到聚烯烴熔體中，以形成混合物。該混合物通過模具擠出，以形成擠出片材。然后將擠出片熱成型為所需的一次性蓋子的形狀。任選地，可從典型的化學(xué)工藝中制造團(tuán)塊形式的具有高填料含量的礦物填充的化合物，在片材擠出工藝中使該團(tuán)塊進(jìn)一步稀釋到需要的填料含量。[0032]可根據(jù)需要選擇蓋的厚度，但是一般小于約0.15英寸，優(yōu)選小于約0.035英寸。優(yōu)選地，蓋的厚度可以是約0.01到約0.025英寸。蓋可以是聚烯烴/填料混合物的天然顏色，或各種顏色或顏色的組合。如本領(lǐng)域已知的，可根據(jù)需要選擇蓋的高度、重量、形狀以及設(shè)計(jì)，以配合合適的熱飲容器，例如咖啡杯。例如，蓋的重量可為約3到約4克。示例性蓋設(shè)計(jì)包括，但不限于，在美國專利號 7, 819，271,7, 789，260,7, 691，302、D556, 573、D544, 793、D541, 651、D541, 650、D541, 153、D540, 675、D540, 674、D540, 673、D540, 672、D540, 166、D540, 165、D539, 646、D533, 778、D635, 855,7, 731，047,7, 513，382,7, 246，715、D540, 167、D539, 650、D539, 649、D536, 249、D535, 561,7, 159，732,7, 156，251,7, 134，566,7, 131，551、D530, 602,7, 063，224、D514, 445、D514, 444,6, 874，649,6, 732，875、D489, 260、D485, 578、6，679，397,6, 644，490、D478, 006、D477, 223、D476, 891、D476, 566,4, 753，365、D287, 919、4，615，459和4，589，569中描述和顯示的，其各自的內(nèi)容通過引用整體引入本文。
[0033]根據(jù)公開的主題的一方面，熱變形溫度(“HDT”)，也被稱作負(fù)載下的變形溫度(“DTUL”)可根據(jù)受彎曲負(fù)載下在邊緣位置塑料的熱變形溫度的ASTM D648-06標(biāo)準(zhǔn)測試法(2006)測定。為了圖示的目的且不是限制，表1包括根據(jù)ASTM D648-06標(biāo)準(zhǔn)(2006)測定的純凈的高抗沖聚苯乙烯、純凈的聚丙烯(“PP”)、純凈的高密度聚乙烯(“HDPE”)以及根據(jù)公開的主題的多種礦物填充的聚合物復(fù)合物的熱變形溫度。表1提供的數(shù)據(jù)名義上是基于寬度為12.7mm、厚度為3.17mm和跨度為101.6mm的注射模塑棒。施加2.5N負(fù)載以達(dá)到0.455MPa(66PSI)的纖維壓力。熱傳遞介質(zhì)的溫度以2.(TC / min的速度斜升。在3(TC下將變形重設(shè)為0，以允許任何的低溫蠕變。樣品額外變形0.25mm下的溫度被認(rèn)為是熱變形溫度。為了圖示的目的且不是限制，圖1提供了表1中所提供的熱變形溫度數(shù)據(jù)的圖形表示。特別地，圖1顯示與純凈的HIPS作為對照相比，熱變形溫度隨著聚丙烯或高密度聚乙烯與滑石粉或碳酸鈣四種不同組合的礦物填料的含量而增加。
[0034]表1.HIPS、PP、HDPE和礦物填充的復(fù)合物的DTUL以及頂成型收縮率
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一次性蓋子，包括: 用于熱飲容器的蓋子形狀的熱成型片材，該片材包括聚烯烴和至少一種礦物填料的聚合物復(fù)合物； 其中，該片材的厚度小于約0.035英寸，且熱變形溫度至少與高抗沖聚苯乙烯的熱變形溫度相當(dāng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次性蓋子，其中所述熱變形溫度至少約等于高抗沖聚苯乙烯的熱變形溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次性蓋子，其中根據(jù)彎曲負(fù)載下在邊緣位置的塑料的熱變形溫度的ASTM D648-06標(biāo)準(zhǔn)測試法(2006)，所述熱變形溫度至少為約87°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次性蓋子，其中所述礦物填料包括高長徑比的礦物填料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一次性蓋子，其中所述礦物填料選自由滑石粉、云母、硅灰石或其組合組成的組。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一次性蓋子，其中所述聚合物復(fù)合物包括至少約10重量％的礦物填料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次性蓋子，其中所述礦物填料包括低長徑比的礦物填料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一次性蓋子，其中所述礦物填料包括碳酸鈣。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一次性蓋子，其中所述聚合物復(fù)合物包括至少約20重量％的礦物填料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚烯烴選自由丙烯均聚物、聚丙烯抗沖共聚物、乙烯-丙烯無規(guī)共聚物、高密度聚乙烯或其組合組成的組。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚烯烴包括聚丙烯，所述礦物填料包括高長徑比的礦物填料，且所述聚合物復(fù)合物包括至少約10重量％的礦物填料。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚烯烴包括聚丙烯，所述礦物填料包括低長徑比的礦物填料，且所述聚合物復(fù)合物包括至少約20重量％的礦物填料。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚烯烴包括高密度聚乙烯，所述礦物填料包括高長徑比的礦物填料，且所述聚合物復(fù)合物包括至少約20重量％的礦物填料。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚烯烴包括高密度聚乙烯，所述礦物填料包括低長徑比的礦物填料，且所述聚合物復(fù)合物包括至少約40重量％的礦物填料。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚烯烴包括聚丙烯，所述礦物填料包括高長徑比的礦物填料，且所述聚合物復(fù)合物的收縮率與高抗沖聚苯乙烯的收縮率相當(dāng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一次性蓋子，其中根據(jù)ASTMD955標(biāo)準(zhǔn)(1996)測量時(shí)，所述聚合物復(fù)合物的收縮率為約0.5%到約1.0%。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一次性蓋子，其中所述聚合物復(fù)合物包括約20重量％到約40重量％的礦物填料。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚烯烴包括高密度聚乙烯，所述礦物填料包括高長徑比的礦物填料，且所述聚合物復(fù)合物的收縮率與聚丙烯的收縮率相當(dāng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的一次性蓋子，其中根據(jù)ASTMD955標(biāo)準(zhǔn)(1996)測量時(shí)，所述聚合物復(fù)合物的收縮率為約1.25%到約1.75%。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的一次性蓋子，其中所述聚合物復(fù)合物包括約30重量％到約50重量％的礦物填料。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚合物復(fù)合物主要由聚烯烴和至少一種礦物填料組成。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚合物復(fù)合物進(jìn)一步包括添加劑，該添加劑選自由著色劑、加工助劑及其組合組成的組。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次性蓋子，其中所述熱飲容器為咖啡杯。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚合物復(fù)合物的碳足跡低于高抗沖聚苯乙烯。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次性蓋子，其中所述聚合物復(fù)合物的溫室氣體排放低于高抗沖聚苯乙 烯。
【文檔編號】B65D43/00GK103597018SQ201280019637
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月21日
【發(fā)明者】W·P·吳, A·H·福布斯 申請人:派克蒂夫有限責(zé)任公司