專利名稱：仿紙膜和其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種包含高密度聚乙烯和低縱橫比、無機礦物填充材料的仿紙膜(paper-like film)和制造該膜的方法。特別是，本發(fā)明涉及一種微孔膜，其通過將組合物擠出通過環(huán)形模(circular die),并且隨后使用高莖(1^811 stalk)、吹塑膜方法來取向該膜而制造。
背景技術：
在本領域中包含聚乙烯和無機礦物填料的合成紙是已知的。例如，Liang的美國專利US 6，280, 680據(jù)說提供了一種環(huán)境友好的包含56-80%的無機礦物粉末、43-18%聚乙烯、和1-2%添加劑的紙。該紙通過使用至少一擠出機和具有環(huán)形口模的成型模的方法來制備。Cerisano的美國專利US 4，606，879公開了一種使用高莖、吹塑膜擠出方法制備的聚合物膜，據(jù)說提高了生產(chǎn)率和改進了膜的物理和機械性能。在Bergevin等的W094/06849中公開了通過拉伸礦物填充的聚合物組合物而制備的微孔膜。該膜據(jù)說具有似紙的不透明性、潔白性和可印刷性、并具有改進的彎曲剛度。雖然上述仿紙膜在那些說明的性質中是有用的，還是繼續(xù)需要相對于典型的現(xiàn)有方法獲得的膜來說可高產(chǎn)量制備的薄的、仿紙膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種微孔膜，其包含，依重量計，i)大約20%至大約60%的具有至少約200，000分子量的高密度聚乙烯，和ii)約40%至大約80%的具有平均粒徑從約I至約25微米的低縱橫比的填料，其中低縱橫比填料相對于聚乙烯的重量比至少為約O. 7，所述膜具有約10至約75微米的厚度和約O. 60至約O. 75的空隙率。本發(fā)明也涉及一種制備微孔膜的方法，包括a)擠出組合物形成具有約50至約300微米厚度的膜，該組合物包含，依重量計，i)約20%至約60%的具有至少約200，000分子量的高密度聚乙烯，和ii)約40%至大約80%的具有平均粒徑從約I至約25微米的低縱橫比的填料，其中低縱橫比填料相對于聚乙烯的重量比至少約O. 7，和b)使用高莖、吹塑膜方法取向所述擠出膜，所得到的膜具有約10至約75微米的厚度和約O. 60至約O. 75的空隙率。在一實施方案中，本發(fā)明涉及一種制備微孔膜的方法,包括a)將組合物擠出成為逐漸前進的未膨脹的管狀膜，該管狀膜厚度為約50至約300微米并且在預定距離上沿縱軸設置的圓柱周圍具有基本上均勻的第一直徑，該組合物包含，依重量計，i)約20%至約60%的具有至少約200，000分子量的高密度聚乙烯，和ii)約40%至約80%的具有平均粒徑從約I至約25微米的低縱橫比填料，其中低縱橫比填料相對于聚乙烯的重量比至少約O. 7，
b)在所述管狀膜的外表面上施用第一氣流，c)在所述圓柱和所述管狀膜的內(nèi)表面之間形成的環(huán)狀區(qū)域內(nèi)對所述管狀膜的內(nèi)表面上施用第二氣流，d)在所述預定距離上控制在所述未膨脹管狀膜上的所述第一和第二氣流的速率和體積流率以便穩(wěn)定所述管狀膜，其通過阻止在所述圓柱周圍所述管狀膜的振動來實現(xiàn)，和e)鄰近所述預定距離的界限(extent)在所述具有所述第一直徑的管狀膜的外表面上施用第三氣流，以便穩(wěn)定所述管狀膜和將所述管狀膜從所述第一直徑膨脹到第二直徑，所得到的膜具有約10至約75微米的厚度和約O. 60至約O. 75的空隙率。


附圖示意性的說明了用于制備本發(fā)明仿紙膜的設備和高莖、吹塑膜的方法。發(fā)明詳述本發(fā)明涉及一種用于制備微孔、仿紙膜的高莖、吹塑膜擠出方法。通過參考下述詳細說明可以更好的理解本發(fā)明的特點和優(yōu)勢，當結合附圖時。本發(fā)明膜包含，依重量計，約20%至約60%的，典型的是約30%至約55%的，更典型·的是約40%至約50%的，具有至少約200，000分子量的高密度聚乙烯。術語聚乙烯是指乙烯的均聚物或由乙烯與至少一種其它烯烴單體形成的共聚物。高密度聚乙烯是指密度至少為約O. 940g/cm3的聚乙烯，典型的是約O. 940至約O. 960g/cm3。高密度聚乙烯典型的具有至少約500，000的分子量，更典型的是至少約750，000，例如約I, 000，000或I, 500，000。高密度聚乙烯典型的具有分子量小于約3，000，000，更典型的是小于約2，000，000。在一個實施方案中，高密度聚乙烯具有小于O. 2dg/min的熔融指數(shù),典型的是約O. 01至約O. 15dg/min,更典型的是約O. 02至約O. 10dg/min,例如約O. 02至約O. 06dg/min。在此處所使用的熔融指數(shù)使用A. S. Τ. M. D-1238-90b程序測定，聚乙烯的密度使用A. S. Τ. M. D-1505-85程序測定。可使用高密度聚乙烯的混合物或共混物，有或沒有其它聚合物材料，例如，中密度或低密度聚乙烯或聚丙烯。拉伸膜的最佳溫度取決于所選定的具體的聚乙烯或聚乙烯共混物。當拉伸膜時，該膜的溫度將低于結晶熔融點并高于畫線溫度(line drawing temperature)。實踐中，實際膜溫通常不測量，如以后所論述的。該膜還包括，依重量計，約40%至約80%的，典型的是約45%至約70%的，更典型的是約50%至約60%的，低縱橫比填充材料。低縱橫比填料相對于高密度聚乙烯的重量比至少約O. 7，典型的是至少約O. 8，更典型的是至少約O. 9，例如，約I. O、I. 2或I. 5。術語“縱橫比”指的是顆粒長度與顆粒厚度的比率。對于任何給定的填料，縱橫比是通過在顯微鏡檢查來測定有代表性數(shù)量的顆粒而得到的平均值。長度就是最長的尺寸，通過顆粒的質量中心測定。一旦長度已知，就有可能在其它兩個彼此垂直并垂至于長度的方向上測量顆粒尺寸。這兩個尺寸是指顆粒的寬度和厚度，當它們不相等時厚度是兩個中較小的。一般來說，此處的低縱橫比填料具有小于大約3的縱橫比，典型的是小于大約2，更加典型的是小于大約1.5。具有低縱橫比的填料，即，趨于1.0的比率，盡管不規(guī)則，通常描述為球形、圓形、或立方形。適合的低縱橫比填料選自堿金屬和堿土金屬碳酸鹽、硫酸鹽和磷酸鹽，及它們的混合物。實例包括碳酸鈣、碳酸鈉、硫酸鋇、硫酸鈣、硫酸鈉、磷酸鈉、磷酸鉀、和磷酸鈣。在一個實施方案中，填料是碳酸鈣。填料的粒徑影響膜的性質。理想的是填料不含有過度大尺寸的顆粒，否則在膜拉伸過程中可產(chǎn)生孔洞或其它缺陷。填料的最大粒徑根據(jù)所需膜的厚度而定。A.S.T.M.的程序 E2651-10,粉末粒徑分析的標準指南(Standard Guide for Powder Particle SizeAnalysis),可用于測定顆粒的尺寸。當制備厚膜時,可以容忍較大的顆粒。如果低縱橫比填料的平均粒徑過低，所得到的膜趨于具有較低的空隙率。通常情況下，理想的是低縱橫比填料具有的最大粒徑小于約50微米。還理想的是至少99. 9%重量的填料顆粒通過325美國篩目(標稱44微米網(wǎng)孔)。此處的低縱橫比填料具有約I至約25微米的平均粒徑，典型的是約I至約20微米，更典型的是約I至約10微米。平均粒徑的理想范圍，基于當量球徑(equivalent spherical diameter),對于低縱橫比填料來說為約I至約10微米，典型的是約3至約5微米。當量球徑(ESD)，對具有與顆粒相同體積的假設球體計算的直徑，如下計算ESD=(6x顆粒體積/ π )1/3。雖然不受理論限制，相信本發(fā)明的膜具有有孔隙的結構，該孔隙在膜內(nèi)部圍繞或鄰近低縱橫比填料顆粒。低縱橫比填料的最小尺寸影響在取向膜內(nèi)的孔隙的形成。如果填料的粒徑太小，孔隙將缺失或太小而不能給出實用的仿紙膜。如果填料的粒徑太大，膜趨于在其中具有孔洞，由此破壞膜的完整性。對于較小粒徑的低縱橫比填料來說，理想的是在擠出聚合物-填料組合物之前，可添加至多約2%重量的Cltl-C24有機酸、或其混合物。特別是 當使用碳酸鈣時，有利的是向組合物添加至多約2%重量，例如1%重量的Cltl-C24有機酸(例如，椰子脂肪酸、棕櫚酸、或動物脂肪酸)。相對于沒有微孔的膜來說，隨著膜的不透明性和潔白性增加，膜中微孔的存在似乎將其自身顯現(xiàn)。而且由于膜不再為均勻的固體結構，密度顯著降低。當比較不同微孔程度的膜樣品時，密度的降低可產(chǎn)生困難。這可被不具有光滑表面的膜進一步復雜化。出于這些原因，使用另外的測量來評估膜。膜樣品的密度通過測量長度、寬度和平均厚度，并確定其質量而確定。必須小心厚度測量時不要過分壓縮樣品。理想的是使用僅施加輕力的千分尺。聚乙烯和低縱橫比填料組分復合(compounded)在一起后,可使用例如密度柱或其它合適的方法來測定該(復合)樹脂的密度。膜樣品的“空隙率”可從下列公式計算空隙率=1-(膜密度/樹脂密度)。需要注意的是以此種方式計算的空隙率考慮到內(nèi)部孔隙和表面粗糙度的影響。本發(fā)明的膜具有的空隙率為約O. 6至約O. 75，典型的是約O. 62至約O. 72。具有如此高的空隙率，該膜具有相對低的密度，典型的是約O. 40至約O. 70g/cm3,更典型的是約O. 45至約O. 65g/cm3,例如約O. 50至約O. 60g/cm3?！暗刃Ш穸取庇嬎闳缦碌刃Ш穸?厚度x(l-空隙率)。等效厚度是膜如果被壓縮成光滑、均勻、固體層將具有的厚度的量度。除明確指出“等效厚度”外，術語厚度指的是膜的測量厚度而非等效厚度。本發(fā)明的膜可制成比使用現(xiàn)有技術方法通常得到的膜更低的厚度，例如，低至約10微米，并且具有更高的產(chǎn)量，例如，高至約6001bs/hr。在不同的實施方案中，本發(fā)明提供一個或更多個如下有益之處在標準生產(chǎn)速率下具有低密度和低尺寸(gauge)(厚度)的膜；在現(xiàn)有技術膜一半尺寸下具有相等抗拉強度的膜；在現(xiàn)有技術膜一半尺寸下具有相等的防潮層性能的膜；和與之前的現(xiàn)有方法相比以增加的生產(chǎn)率(through-put)(顯著降低的lb/msi)制備的膜，例如，與現(xiàn)有技術的膜以O. 2091b/msi的制備相比100微米厚度的膜以
O.0651b/msi來制備,其在膜的制備中轉化成顯著的成本節(jié)省。本發(fā)明的膜結合了塑料和紙兩者的性質，特別是塑料的防潮層性、強度和伸長率和紙的撕裂性和觸感。該膜典型的具有低可延展性和良好的彎曲剛度、模可切割性(die-cuttability)、不透明性、裙皺保持性(好的死裙)、和可印刷性。正因為如此,它們可作為紙的替代品并且取代現(xiàn)在用于柔性包裝和廣告標牌中的塑料膜和紙。該膜可用于柔性包裝或化妝品包裝袋，例如肥皂、尿布、和組織/濕巾、易腐和非易腐食品，例如以谷物、糧食(grain)為基礎的食品和小吃。該膜可層壓于纖維基的材料，例如纖維板、波紋片和箱類容器，并且提供防潮層性能和改善的印刷質量。該膜因此可取代包裝中的箔襯里和用于食品和醫(yī)藥產(chǎn)品的單位化的泡泡包裝的箔。當暴露在紫外線下時本發(fā)明的膜是熱降解和光降解的，并且無機填充材料以粉末狀自然返回到泥土中，由此使得該膜更加可持續(xù)性并且是環(huán)境友好的。該膜減少了昂貴的聚合物樹脂(從烴燃料中制得)的使用，支持較不昂貴的無機填充材料。相比較于紙張產(chǎn)品來說該膜的制備需要較少的能量并且不需要使用水。由于無機填充材料的傳熱性和高密度聚乙烯的低熔融指數(shù)，該膜的制備比多數(shù)塑料膜也需要較少的步驟和較少的能量。對于某些應用來說，可使用該膜而無需進一步的處理。對于其它應用來說，可能需要的是包括本領域中通常使用的各種添加劑，例如偶聯(lián)劑、潤滑劑、分散劑、抗靜電劑、抗氧 齊U、加工助劑、紫外線穩(wěn)定劑等。在膜要被印刷時，可能需要電暈處理該取向膜。對于其它應用來說，例如，用于模內(nèi)標簽(in-mold label)的膜，可能需要電暈處理并且在膜上涂上抗靜電劑。在涂上熱封層后，由于它們包含了可回收的、高密度聚乙烯樹脂，該膜特別是用于模內(nèi)標簽。相比于本發(fā)明的膜，熱封層典型的是低熔點的聚烯烴材料。乙烯醋酸乙烯酯(EVA)共聚物是此種熱封層的實例。本發(fā)明的聚乙烯和低縱橫比填充材料通常是先用已知的用于熔融混合熱塑性聚合物的方法來復合。例如在一系列混合、擠出、和碾磨步驟(milling steps)中，聚乙烯和低縱橫比填充材料被復合成具有至少基本上均勻組成的球團或顆粒。在一個實施方案中，該材料被復合成具有約3-5mm的長度和直徑的圓柱形球團。使用本領域中已知的方法和設備將該球團或顆粒進料至擠出機中、熔融并擠出成膜。擠出膜典型的具有約50至約300微米的厚度，更典型的是約200至約300微米。該膜隨后被取向，典型的是雙軸取向，使用本領域中已知的高莖、吹塑膜的方法和設備。所得到的膜典型的具有約10至約75微米的厚度，更典型的是約20至約50微米。在一實施方案中，該膜按照美國專利4，606, 879、Cerisano的描述進行取向，加入此處作為參考。Cerisano描述了一種吹塑膜擠出設備和方法，其用于在有距離間隔的串聯(lián)風環(huán)(air rings)之間產(chǎn)生穩(wěn)定的高莖，以增加吹塑聚合物的生產(chǎn)速率，同時改進該膜的物理和機械性能。用于成型該膜的設備由以下構成用于沿延縱軸形成逐漸前進的管狀膜的裝置；在該膜的外部和內(nèi)部設置的穩(wěn)定裝置，其通過在預定距離內(nèi)控制在該膜的外和內(nèi)表面上氣流的施加，在預定距離上防止該膜在縱軸附近的振動；和膨脹裝置，其設置靠近預定距離的邊界用于在那里使膜膨脹。在另一實施方案中，用于成型該膜的裝置由以下構成用于提供可流動狀態(tài)的塑性材料的擠出機；設置在擠出機前用于形成沿縱軸逐漸前進的管狀膜的模；鄰近該模并在膜的外部設置的第一風環(huán)，該第一風環(huán)在該膜的外表面上供給第一氣流；設置在該膜的內(nèi)部并且從所述模沿縱軸延伸的圓柱，該圓柱和該膜的內(nèi)表面限定了它們之間的用于接收第二氣流的環(huán)形區(qū)域；用于控制第一和第二氣流的控制裝置，其通過防止該膜在圓柱附近的振動來經(jīng)預定距離穩(wěn)定該膜；和鄰近所述預定距離的邊界并在該膜的外部設置的第二風環(huán)，該第二風環(huán)在該膜的外表面上供給第三氣流用于在那里使膜膨脹。在另一實施方案中，形成該膜的方法包括以下步驟沿縱軸形成逐漸前進的管狀膜，通過在該膜的內(nèi)和外表面上施加氣流以防止該膜在縱軸附近振動從而經(jīng)預定距離穩(wěn)定該膜，和鄰近該預定距離的邊界使該膜膨脹。在另一實施方案中，該方法包括以下步驟在沿縱軸設置的圓柱周圍擠出逐漸前進的管狀膜，在該膜的外表面施加第一氣流，在形成于圓柱和該膜的內(nèi)表面之間的環(huán)狀區(qū)域內(nèi)在該膜的內(nèi)表面上施加第二氣流，在預定距離上控制第一和第二氣流的速度和體積流率以便通過防止該膜在圓柱附近振動而穩(wěn)定該膜，和在鄰近該預定距離的邊界的該膜的外表面上施加第三氣流用于在那里使膜膨脹?，F(xiàn)在參考附圖，其示出的高莖吹塑膜擠出設備通常使用參考數(shù)字100來表示。擠出設備100包括具有包含聚合物106(典型的是聚乙烯-填充材料的復合顆粒，或它們的混合物，任選的包括如下所述的添加劑)的供料漏斗104的擠出機102，該聚合物106通過該擠出設備吹塑成薄膜。在擠出機102中聚合物106被加熱成熔融態(tài)并在高壓下迫使其通過 擠出模108。擠出模108是圓形并且具有使半熔融態(tài)的聚合物管狀膜110逐漸前進通過的環(huán)狀口。管狀膜110的初始厚度由擠出模108的環(huán)狀口的尺寸決定。第一風環(huán)112與擠出模108鄰近設置并且圍繞在管狀膜110的外部。第一風環(huán)112是已知類型如防止在管狀膜上進行膨脹的單唇風環(huán)。第一風環(huán)112通過導管116連接到風機114上。風機114和第一風環(huán)112之間設置的是控制閥118和溫度控制單元120?？刂崎y118適于控制從風機114至第一風環(huán)112中的開口 122的空氣的速率和體積流率。構建開口 122并且設置成在平行于管狀膜110外表面的方向上以均一速率和均一比率排出連續(xù)的空氣流。圓柱芯棒124定位于擠出模108的中心的上面并且沿管狀膜110的縱軸設置。芯棒124被構建成具有平滑不間斷外表面，該外表面與管狀膜110的內(nèi)表面一起限定了具有
O.125-1. 4英寸范圍的環(huán)狀區(qū)域126，典型的是O. 125-0. 5英寸的范圍，并且在一實施方案中，不到四分之一英寸。通道128設置在芯棒124的內(nèi)部并且在吹塑膜132的內(nèi)部區(qū)域130與設置在擠出模108下面的導管134之間進行相連。導管134連接到與周圍大氣相連的抽風機136上?？刂崎y138定位在抽風機136之前以便控制從吹塑膜132的內(nèi)部區(qū)域130中撤出的空氣的速率。任選的是，多個穩(wěn)定導引件140定位于芯棒124的外部周圍并膨脹進入環(huán)形區(qū)域126以便提供限制的通道142。導引件140設置在芯棒124周圍的位置，在該位置處當與導引件接觸時管狀膜HO通過其部分固化以達到足夠的機械強度以便防止其破壞。為此，導引件140提供有光滑不間斷外表面以便防止管狀膜110被鉤破。通過在那里鎖定管狀膜，導引件140使得管狀膜110的穩(wěn)定性增強，如下所述。通過設置在擠出模108上的環(huán)形區(qū)域內(nèi)的單獨的環(huán)形噴嘴144在環(huán)形區(qū)域126內(nèi)在管狀膜110的內(nèi)表面上供給空氣。噴嘴144如此設置以便排出的空氣以向上平行于管狀膜110的內(nèi)表面的方向流動。風機146通過導管148給噴嘴144供給空氣。控制閥150和溫度控制單元152位于導管148內(nèi)在風機146和噴嘴144之間?？刂崎y150和溫度控制單元152工作方式與第一風環(huán)112的控制閥118和溫度控制單元120相同。通過控制閥150控制從風機146吹出的空氣的速率和體積流率，通過溫度控制單元152控制空氣的溫度。如上所述，可控制在管狀膜110內(nèi)和外表面上以平行方向流動的空氣流的溫度、速率和體積流率。
第二風環(huán)154與第一風環(huán)112串聯(lián)地間隔設置。第二風環(huán)154設置在第一風環(huán)112上的預定距離處以便限定管狀膜110的界限(extent)，由此管狀膜被穩(wěn)定。第二風環(huán)154可通過其所示的高度調節(jié)元件156的支持而上下調節(jié)。第二風環(huán)154的位置鄰近該預定的距離，經(jīng)該預定的距離管狀膜110被穩(wěn)定，以提供用于膜膨脹的位置。第二風環(huán)154是適于在管狀膜110上實質執(zhí)行膨脹工作以便形成吹塑膜132的雙唇(dual lip)類型。第二風環(huán)154具有一對間隔開口 158、160，對于開口 158來說以高速和高體積流率排出空氣，對于開口 160來說以高速、低體積流率排出空氣，以便在鄰近管狀膜110的外表面創(chuàng)造負壓以執(zhí)行所需的膨脹工作。通過連接到導管164上的風機162將空氣供給至第二風環(huán)154?？刂崎y166和溫度控制單元168設置在風機162和第二風環(huán)154之間的導管164內(nèi)。控制閥166控制著沿管狀膜110外表面由第二風環(huán)154排出的空氣的速率和體積流率，同時溫度控制單元168控制著排出空氣的溫度。由此，第一風環(huán)112適于穩(wěn)定該管狀膜110，同時第二風環(huán)154適于膨脹該管狀膜以便形成吹塑膜132。盡管第一風環(huán)112對管狀膜110進行適量的受控冷卻，主要的冷卻作用由第二風環(huán)154來執(zhí)行。擠出設備100在預定的距離上對管狀膜110提供增加的穩(wěn)定性，其通過在串聯(lián)設置的第一風環(huán)112和第二風環(huán)154之間在管狀膜的內(nèi)表面和外表面兩者上使用排出的高 速、低體積流率的空氣而實現(xiàn)。自然文丘里矢量力(venturi vector forces)保持外空氣靠近管狀膜110的外表面，同時芯棒124保持著在環(huán)形區(qū)域126內(nèi)的低空氣體積流率和足夠高速，以防止管狀膜在其縱軸附近振動。導引件140防止振動并且實際上使得與管狀膜110的固化內(nèi)表面溫和的接觸。第二風環(huán)154，特點是高強度的冷卻裝置，在所需的位置提供管狀膜110強烈的冷卻和膨脹，S卩，給管狀膜提供根據(jù)本發(fā)明穩(wěn)定的預定的莖高度(stalkhight)。高莖內(nèi)的、高莖外的和在高強度冷卻和膨脹區(qū)域(即第二風環(huán)154)的空氣速率分開控制以便平衡和穩(wěn)定該管狀膜110和吹塑膜132。擠出設備100適于從多種高分子量聚合物制備吹塑膜。在此種材料的膜的制備中，固體聚合物加入到供料漏斗104內(nèi)，以便通過擠出機102以熔融態(tài)通過擠出模108擠出。通過在管狀膜內(nèi)和外表面上施加高速、低體積流率空氣來使得由此形成的管狀膜110經(jīng)預定的高度被穩(wěn)定。以溫度控制單元120控制的溫度和控制閥118控制的速率，第一風環(huán)112在管狀膜110外表面上施加此種空氣流。類似的，通過溫度控制單元152和控制閥150利用環(huán)形噴嘴144在管狀膜110的內(nèi)表面上施加受控溫度和受控速率的空氣流。通過防止其在芯棒124周圍和其縱軸周圍振動，在管狀膜內(nèi)和外表面上的高速空氣流使得該膜穩(wěn)定。施加低體積流率空氣導致對未膨脹管狀膜的適度冷卻，從而使得莖高度控制在預定距離。由于該產(chǎn)生的莖高度，管狀膜110機器方向上的縮減(machine directiondrawdown)量相對常規(guī)管狀膜擠出方法以降低的比率發(fā)生。該高莖內(nèi)的聚合物應力允許的松弛提供均勻施加壓力的膜以便膨脹成具有更好的厚度均勻性和物理和機械性能。此外，高的莖高度允許長聚合物分子和低縱橫比填料的無規(guī)化(randomization)和交織,而不是將它們與擠出方向保持平行排列。此種無規(guī)化和交織給予吹塑膜132改進的拉伸和撕裂強度性能并造就了在該膜中的微孔。此外，通過控制施加到管狀膜110外和內(nèi)表面上的空氣流的溫度，在該高莖上的膜溫度可保持在用于最終通過第二風環(huán)154吹塑的最佳溫度，并同時被穩(wěn)定。該高莖的穩(wěn)定性通過導引件140進一步提高，其中該導引件140形成窄通道142以便增加環(huán)形區(qū)域126中的氣流速度。該增加的空氣速度趨于在導引件140周圍鎖定管狀膜100，從而在由此造就的高莖的預定距離上增加了管狀膜的穩(wěn)定性。吹塑膜132的泡的尺寸主要由抽風機136和控制閥138來控制。一般情況下，在穩(wěn)態(tài)運行下，經(jīng)過風機146的空氣的質量等同于通過抽風機136經(jīng)過延伸穿過芯棒124的通道128而從內(nèi)部區(qū)域130抽取的空氣的質量。為了增大或減小吹塑膜132的尺寸，在內(nèi)部區(qū)域130內(nèi)的內(nèi)壓即時增加或降低，由此影響吹塑膜132的尺寸，其尺寸由聲納傳感器170感應。一旦吹塑膜132達到其預定尺寸，在內(nèi)部區(qū)域130內(nèi)的進入和出去的空氣質量再次平衡以便用于穩(wěn)定態(tài)操作。使用第二風環(huán)154用常規(guī)方法使管狀膜110膨脹和在鄰近冰凍線172處強力冷卻。如上所述，擠出設備100和制備吹塑管狀膜的方法提高了泡的穩(wěn)定性、改善了尺寸均勻性、降低了尺寸標準偏差、改善了光學性能、改善了沖擊強度、改善了撕裂強度、改善了抗拉強度、改善了尺寸減小能力(down gauging capability)、和增加了產(chǎn)量(output)。在吹塑膜132成型后，該膜可進一步使用本領域中已知的各種手段來處理。例如 該膜可如Liang的美國專利6，280，680圖2中所示的來處理，加入此處作為參考。在一實施方案中，該膜132的一個末端通過例如Liang的專利中圖2所示出的牽引棍(leadingroller)來牽引。牽引輥的旋轉速度是受控的由此該膜132基本上是不透氣的。牽引輥的旋轉速度、從擠出機102出來的擠出材料的量、和該膜132的厚度適當受控以便該膜相對于吹塑比和模直徑(距離擠出模108約IOOOmm至1700mm)被膨脹到所需的平放寬度(lay flatwidth)。膨脹和牽引的目的是同時在兩個方向上、即緯度方向上和縱向上拉伸該膜132，得到了一種具有有二維強度的結構的仿紙膜。在膨脹下，仿紙膜的密度相對于原材料的組合可降低，約2g/cm3至約O. 5g/cm3。由于牽引輥的牽引力，該膜132被牽引進位于牽引輥和冷卻裝置之間的折疊裝置，由此仿紙膜被對稱的折疊成折疊平紙。牽引輥的目的包括以低旋轉速度牽引最初成型的膜132，由此從冷卻裝置出來的空氣均勻的吹拂和穩(wěn)定該膜132，并保持該膜不透氣以便氣被均勻的膨脹。此外，牽引輥的旋轉速度是仿紙膜縱向拉伸和厚度的影響因素。當然，旋轉速度應合適的調整以便與從擠出機102出來的擠出材料的量匹配。折疊紙典型的經(jīng)過切割裝置以便折疊紙例如被切割成兩片紙。得到的兩片紙可經(jīng)過表面電暈處理并由此得到較好的粘合性。該紙隨后可收集到輥上。在處理的過程中，紙的厚度可適當控制在約25微米至約75微米的范圍內(nèi)，寬度可是約35-60英寸(約O. 9m至I. 5m)，并且密度可是約O. 4g/cm3至約O. 7g/cm3。本發(fā)明也可用于制備例如Liang的美國專利6，280, 680中公開的雙層紙、三層紙、或更多層紙的方法中。此種分層紙可用于印刷、包裝、和裝飾等。每層可通過在那里添加不同顏料按需要被設計成不同的顏色。每個獨立具有約30至約150微米的厚度和獨立具有相同或不同的組分的單層紙、雙層紙、三層紙、和甚至超過三層的紙可通過例如Liang的專利中圖8所示出的層壓機器進行層壓，以便形成約150至約450微米厚度的兩層層壓紙或三層層壓紙。根據(jù)本發(fā)明制備的紙可被用于印刷、包裝、和裝飾領域中。它們可直接使用而不用預處理或進行適當預處理，例如光亮表面處理和模糊表面處理，用于特殊目的。水性涂料和非水性涂料都可用于涂敷到使用本發(fā)明制備的紙上。水性涂料的制劑可包含丙烯酸樹脂、異丙醇、聚乙烯醇、粘土、抗靜電劑、28 %的氨水、純凈水、和醋酸乙烯酯。
下表I公開了使用上述設備和方法制備本發(fā)明吹塑管狀膜中的各種操作參數(shù)的范圍。操作參數(shù)是基于使用300mm (11. 8英寸)直徑的擠出模。質量流量、內(nèi)部空氣流量、外部空氣流量和第二風環(huán)流量直接與模直徑成比例。因此，對于200mm(8英寸)直徑的擠出模來說，質量流量將是200-12001b/hr，內(nèi)部空氣流量將是40-1200CFM，外部空氣流量將是40-1600CFM，并且第二風環(huán)流量將是120-4000CFM。表I
權利要求
1.一種微孔膜包括，依重量計，i)約20%至約60%的分子量至少約200，000的高密度聚乙烯，和ii)約40%至約80%的平均粒徑約I至約25微米的低縱橫比填料，其中低縱橫比填料相對于聚乙烯的重量比為至少約O. 7，所述膜具有的厚度為約10至約75微米并且空隙率為約O. 60至約O. 75。
2.根據(jù)權利要求I的微孔膜，其中該膜的厚度為約20至約50微米。
3.根據(jù)權利要求I的微孔膜，其中該膜的空隙率為約O.62至約O. 72。
4.根據(jù)權利要求I的微孔膜，包括約30%至約50%的高密度聚乙烯。
5.根據(jù)權利要求I的微孔膜，其中高密度聚乙烯的熔融指數(shù)為約O.02至約O. 06dg/mirio
6.根據(jù)權利要求I的微孔膜，其中低縱橫比填料的平均粒徑為約I至約10微米。
7.根據(jù)權利要求I的微孔膜，包括約50%至約60%重量的低縱橫比填料。
8.根據(jù)權利要求I的微孔膜，其中低縱橫比填料是碳酸鈣。
9.根據(jù)權利要求8的微孔膜，其中碳酸鈣的平均粒徑約3至約5微米。
10.根據(jù)權利要求I的微孔膜，進一步包括至多約2%重量的Cltl-C24有機酸。
11.根據(jù)權利要求I的微孔膜，其中低縱橫比填料相對于聚乙烯的重量比為至少約O. 9，低縱橫比填料的平均粒徑約I至約10微米，并且該膜的厚度為約20至約50微米。
12.—種制備微孔膜的方法,包括 a)將組合物擠出成為具有厚度為約50至約300微米的膜，該組合物包含，依重量計，i)約20%至約60%的分子量至少約200，000的高密度聚乙烯，和ii)約40%至約80%的平均粒徑約I至約25微米的低縱橫比填料，其中低縱橫比填料相對于聚乙烯的重量比至少為約O. 7，和 b)使用高莖、吹塑膜方法取向所述擠出的膜，所得到的膜具有約10至約75微米的厚度和約O. 60至約O. 75的空隙率。
13.根據(jù)權利要求12的方法，其中所得到的膜的厚度為約20至約50微米并且空隙率為約O. 62至約O. 72。
14.根據(jù)權利要求12的方法，包含約30%至約50%的高密度聚乙烯。
15.根據(jù)權利要求12的方法，其中高密度聚乙烯的熔融指數(shù)為約O.02至約O. 06dg/min0
16.根據(jù)權利要求12的方法，包含約50%至約60%重量的低縱橫比填料。
17.根據(jù)權利要求12的方法，其中低縱橫比填料是碳酸鈣。
18.根據(jù)權利要求12的方法，其中碳酸鈣的平均粒徑為約3至約5微米。
19.根據(jù)權利要求12的方法，其中將該擠出膜進行雙軸取向，首先在機器方向上然后在橫向上。
20.根據(jù)權利要求12的方法，其中該擠出膜具有約50至約150微米的厚度并且對其進行雙軸取向，首先在在機器方向上然后在橫向上，并且所得到的膜的厚度為約10至約75微米。
21.—種制備微孔膜的方法,包括 a)將組合物擠出成為逐漸前進的未膨脹的管狀膜，該管狀膜具有約50至約300微米的厚度并且在預定距離上在沿縱軸設置的圓柱周圍具有基本上均勻的第一直徑，該組合物包含，依重量計，i)約20%至約60%的具有至少約200，000分子量的高密度聚乙烯，和ii)約40%至約80%的具有平均粒徑為約I至約25微米的低縱橫比填料，其中低縱橫比填料相對于聚乙烯的重量比為至少約O. 7， b)在所述管狀膜的外表面上施加第一氣流， c)在所述圓柱和所述管狀膜的內(nèi)表面之間形成的環(huán)狀區(qū)域內(nèi)，在所述管狀膜的內(nèi)表面上施加第二氣流， d)在所述預定距離上控制在所述未膨脹管狀膜上的所述第一和第二氣流的速度和體積流率，以便通過阻止所述管狀膜在所述圓柱周圍的振動來穩(wěn)定所述管狀膜，和 e)鄰近所述預定距離的界限在具有所述第一直徑的所述管狀膜的外表面上施加第三氣流，以便在那里穩(wěn)定所述管狀膜和將所述管狀膜從所述第一直徑膨脹到第二直徑， 所得到的膜具有約10至約75微米的厚度和約O. 60至約O. 75的空隙率。
22.根據(jù)權利要求21的方法，其中所述穩(wěn)定包括在所述預定距離內(nèi)在所述膜的外表面上以足夠高的速度、低的體積流率來施加所述第一氣流和在所述膜的內(nèi)表面上以足夠高的速度、低的體積流率來施加所述第二氣流以便防止其振動。
23.根據(jù)權利要求22的方法，進一步包括控制所述第一和第二氣流的溫度。
24.根據(jù)權利要求23的方法，進一步包括從所述膜的內(nèi)部通過設置在所述圓柱內(nèi)的通道以受控的速率排出所述第二氣流的至少一部分。
25.根據(jù)權利要求24的方法，其中所述穩(wěn)定包括在所述膜的內(nèi)表面上以與其平行的方向施加所述氣流，和在所述膜的外表面上以與其平行的方向施加所述氣流。
全文摘要
一種微孔膜，包括分子量至少約200,000的高密度聚乙烯、和平均粒徑約1至約25微米的低縱橫比填料。該膜的厚度約10至約75微米并且空隙率約0.60至約0.75。該微孔膜的制備方法包括將組合物擠出成具有厚度為約50至約300微米的膜，并使用高莖、吹塑膜方法取向該擠出膜。該方法產(chǎn)生了穩(wěn)定的高莖，用于增加吹塑、高分子量聚乙烯的生產(chǎn)率，同時增加了該膜的物理和機械性能。通過在擠出膜的內(nèi)和外表面上施用高速、低體積流率的空氣可穩(wěn)定該高莖。
文檔編號B29C47/00GK102791776SQ201180013449
公開日2012年11月21日 申請日期2011年1月11日 優(yōu)先權日2010年1月12日
發(fā)明者A.佩斯里, M.R.萊爾特 申請人:綠巖有限責任公司