DE60107564T2

DE60107564T2 - Polyolefin/copolyamid rf-empfindlicher klebstofffilm

Info

Publication number: DE60107564T2
Application number: DE60107564T
Authority: DE
Inventors: H. Robert KELCH
Original assignee: Dow Global Technologies LLC
Current assignee: Dow Global Technologies LLC
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2001-03-12
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2021-03-13
Also published as: WO2001088039A1; EP1285028A1; US20020188065A1; JP2003533578A; BR0110985A; CA2404692A1; EP1285028B1; MXPA02011019A; US6451912B1; ATE283899T1; DE60107564D1; AU4565801A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf für Radiofrequenz (RF) empfängliche, filmbildende Polymerblendzusammensetzungen, insbesondere auf Zusammensetzungen, die im Wesentlichen frei von halogenhaltigen Polymeren, wie etwa Poly(vinylchlorid) oder PVC, sind. Mit anderen Worten ausgedrückt, offenbaren momentane analytische Techniken nicht das Vorhandensein von nachweisbaren Mengen an chemisch gebundenem Halogen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einschichtige Folien, die aus solchen Zusammensetzungen hergestellt sind, und coextrudierte mehrschichtige Folienstrukturen, die mindestens eine Schicht, die aus solchen Zusammensetzungen hergestellt ist, beinhalten. Die Erfindung bezieht sich spezieller auf solche Zusammensetzungen, die ein Copolyamid und ein säurefunktionalisiertes Polyolefin enthalten, und auf ihre Verwendung in solchen Folien und Strukturen.
Produkte, die aus flexiblem PVC (f-PVC) hergestellt sind, haben eine lange Geschichte ihrer Verwendung in einer Vielzahl von Endanwendungen, einschließlich solchen, die auf ihrer RF-Schweißbarkeit, ihren Dampf- oder Gassperreigenschaften oder ihrer Flexibilität vertrauen. Bedenken wegen des Einflusses auf die Umwelt von halogenierten Polymeren, wie etwa f-PVC, insbesondere während ihrer Herstellung und Entsorgung, regen Bemühungen an, halogenfreie Alternativen zu entwickeln. Die Verwendung von Phthalatweichmachern in f-PVC, typischerweise in Mengen von 10 bis 40 Gewichtsprozent (Gew.-%), bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, löst Debatten aus, wenn f-PVC seinen Weg in medizinische Produkte, Kinderspielzeug und Lebensmittelverpackung findet. Die Debatte konzentriert sich auf die Tendenz von Weichmachern, von dem f-PVC bei Verwendung oder mit der Zeit wegzuwandern oder daraus auszutreten.
Versuche, den Bedenken zu begegnen, sind darauf gerichtet, sich auf Olefinpolymere, wie etwa Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Styrolblockcopolymere, wie etwa Styrol/Ethylen/Buten/Styrol oder (SEBS), und Ethylencopolymere, wie etwa Ethylen/Octen-1- oder Ethylen/Vinylacetat(EVA)-Copolymere zu konzentrieren. Die Olefinpolymere treffen viele physikalische Eigenschaften, die von f-PVC gezeigt werden, oder nähern sich diesen an und tun dies mit vergleichbaren Kosten. Folien, die aus solchen Polymeren gebildet werden, erfordern Heißversiegelung, da sie eine zu niedrige dielektrische Verlustziffer (DLF) aufweisen, um Hochfrequenz(HF)-Versiegelung im Allgemeinen oder RF-Versiegelung im Besonderen zu ermöglichen.
Literaturreferenzen beschreiben verschiedene halogenfreie Polymere mit dielektrischen Eigenschaften, die HF- oder RF-Schweißen oder -Versiegelung erlauben. Solche Polymere umfassen zum Beispiel thermoplastisches Polyurethan (TPU), Polyamid (Nylon) und glykolmodifizierten Polyester (PETG). Diese Polymere jedoch kosten mehr als PVC, was den direkten Ersatz von f-PVC wirtschaftlich unattraktiv macht. Zusätzlich haben einige alternative RF-aktive Polymere ein wesentlich höheres Zugmodul oder höhere Steifheit als f-PVC, was ihren Ersatz in flexibler Folienverpackung oder Anwendungen als Beutel undurchführbar macht.
Copolyamide, von denen bekannt ist, dass sie RF-aktiv sind, leiden an Unzulänglichkeiten im Sinne von unangemessenen physikalischen Eigenschaften und hohen Kosten relativ zu f-PVC. Polyamide mit hohem zahlenmittleren Molekulargewicht (Mn), auch als Nylon bekannt, haben im Allgemeinen einen Modul, der hoch genug ist, um sie relativ zu f-PVC als steif zu bezeichnen, und sie sind sowohl schwierig zu versiegeln als auch teuer. Copolyamide mit niedrigem Mn, wie etwa solche, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, finden typischerweise Verwendung in Heißschmelzklebstoffen niedriger Viskosität. Als solche haben sie eine geringe Schmelzfestigkeit, niedrige Zugfestigkeit, schlechte Verarbeitbarkeit auf üblichen Extrusionsapparaturen, Klebrigkeit des Klebstofftyps und sind übermäßig teuer.
Ein anderer Versuch, f-PVC durch halogenfreie Polymere zu ersetzen, verwendet Copolymere von Olefinen mit Acrylsäureestern (Acrylaten) oder Vinylestern, wie etwa Vinylacetat (VA). Copolymere mit höheren Mengen (im Allgemeinen größer als (>) 15 Gew.-%, bezogen auf Copolymergewicht) von VA oder Methylacrylat mit Ethylen stellen ein gewisses Maß an RF-Aktivität bereit. Während solche Olefincopolymere Zug- und Moduleigenschaften zeigen, die denen von f-PVC ähnlich sind, und weniger kosten als TPU, Nylon und PETG, haben sie eine DLF, die wesentlich niedriger als die von f-PVC ist. Die niedrigere DLF erfordert effektiv eine Zunahme in der RF-Generatorgröße mit einer einhergehenden Zunahme in sowohl den Kapitalausgaben als auch dem Energieverbrauch. Diese Zunahmen, wenn sie mit längeren Schweißzeiten gekoppelt sind, resultieren in höheren Kosten des endgültigen Teils.
Ein Versuch, um zu vermeiden, auf größere RF-Generatoren auszuweichen, beinhaltet Einmischen von RF-aktiven anorganischen oder organischen teilchenförmigen Additiven, typischerweise in hohen Beladungsmengen, in filmbildende Olefinpolymerzusammensetzungen. EP 193 902 offenbart RF-sensibilisierte Zusammensetzungen, die anorganische Additive, wie etwa Zinkoxid, Bentonit-Ton und Erdalkalimetallaluminosilicate in Mengen von 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf Zusammensetzungsgewicht, enthalten. PCT-Anmeldung Nr. WO 92/09415 beschreibt die Einbringung von RF-Rezeptoren, wie etwa Phosphonatverbindungen, Phosphatverbindungen, quartären Ammoniumsalzen, Polystyrolsulfonatnatriumsalz, Erdalkalimetallsulfat und Aluminiumtrihydrat, in wärmehärtende Verbindungen und Folien. U.S.-Patent (USP) 5,627,223 offenbart das Hinzufügen von 1 bis 50 Gew.-% Stärke (um RF-Schweißbarkeit zu verleihen) in einem Polyolefinblend, der auch ein Kupplungsmittel enthält. Solche Additive verbessern die RF-Schweißbarkeit, aber sie tun dies, während sie andere Eigenschaften, wie etwa Optik und Klarheit der Folie, Zugfestigkeit und Zähigkeit nachteilig beeinflussen.
WO 95/13918 offenbart mehrschichtige Strukturen, die eine RF-empfindliche Schicht, die auf vier Komponenten basiert, umfassen. Die Komponenten sind ein Polymer auf Propylenbasis, ein Nichtpropylen-Polyolefin, ein RF-empfindliches Polymer und ein polymeres Kompatibilisierungsmittel. Das RF-empfindliche Polymer kann irgendeines aus EVA, EMA, Ethylen/Vinylalkohol (EVOH), Polyamiden (einschließlich Nylons), PVC, Vinylidenchloridpolymeren, Vinylidenfluoridpolymeren und Copolymeren von Bisphenol A und Epichlorhydrinen sein. Das Kompatibilisierungsmittel ist ein Styrol/Kohlenwasserstoff-Blockcopolymer, vorzugsweise ein SEBS-Blockcopolymer, das mit einer Maleinsäureanhydrid(MAH)-, Epoxy- oder Carboxylatfunktionalität modifiziert ist.
WO 96/40512 offenbart mehrschichtige Strukturen, die eine Oberflächenschicht, eine Sperrschicht und eine RF-empfindliche Schicht aufweisen. Eine Kombination von vier Polymeren ergibt die RF-empfindliche Schicht. Die Polymere sind ein Propylenpolymer, ein Nichtpropylen-Polyolefin, ein RF-empfindliches Polymer und ein polymeres Kompatibilisierungsmittel. Das RF-empfindliche Polymer kann ein EVA- oder ein EMA-Copolymer mit einem ausreichenden Comonomergehalt, ein Polyamid, ein EVAOH-Copolymer, PVC, Vinylidenchlorid, ein Fluorid oder ein Copolymer von Bisphenol A und Epichlorhydrin sein. Styrol/Kohlenwasserstoff-Blockcopolymere, insbesondere SEBS-Blockcopolymere, die mit Maleinsäureanhydrid(MAH)-, Epoxy- oder Carboxylatfunktionalitäten modifiziert sind, dienen als geeignete Kompatibilisierungsmittel.
WO 95/14739 offenbart polymere Zusammensetzungen, die zur Verwendung in Gegenständen, wie etwa medizinischen Verpackungen, geeignet sind. Die Zusammensetzungen enthalten ein wärmebeständiges Polymer, ein RF-empfindliches Polymer und ein kompatibilisierendes Polymer. Das RF-emp findliche Polymer kann aus irgendeiner von zwei Gruppen von polaren Polymeren ausgewählt sein. Eine Gruppe umfasst Ethylencopolymere, worin das Comonomer ausgewählt ist aus Acrylsäure, Methacrylsäure, Esterderivaten von Acrylsäure oder Methacrylsäure mit Alkoholen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen (C₁-C₁₀), Vinylacetat und Vinylalkohol. Die andere Gruppe umfasst Copolymere mit Abschnitten von Polyurethan, Polyester, Polyharnstoff, Polyimid, Polysulfon oder Polyamid. Das Kompatibilisierungsmittel kann ein Styrol-Blockcopolymer (zum Beispiel SEBS), vorzugsweise MAH-funktionalisiert, sein.
Europäische Patentanmeldung (EP) 0 688 821 offenbart eine Polyolefinzusammensetzung, die zu dicken und dünnen Folien geformt werden kann, die mit RF-erzeugter dielektrischer Wärmer versiegelbar sind. Die Zusammensetzung enthält ein heterophasisches Olefinpolymer und 3 bis 15% mindestens eines Polymers mit einer dielektrischen Wärmeverlustziffer (DHLF oder DLF) von mindestens (≥) 0,01. Das heterophasische Olefinpolymer enthält ein kristallines Propylenhomopolymer oder -copolymer, ein optionales kristallines Ethylencopolymer und ein elastomeres Ethylen/Propylen(EP)-Copolymer. Das heterophasische Olefinpolymer kann mit 0,03 bis 0,3% mindestens eines polaren Monomers, wie etwa MAH, modifiziert sein. Polymere, die das DHLF-Erfordernis erfüllen, umfassen Polyamide, Vinylpolymere, Polyester und Polyurethane. Polyamide, insbesondere solche mit einem Mn ≥ 1.000, sind bevorzugt.
EP-A-1 101 605 (veröffentlicht am 23. Mai 2001, aber ein Prioritätsdatum vom 22. November 1999 beanspruchend) offenbart eine mehrschichtige wärmesiegelbare chlorfreie Geruchssperrfolie mit einer Geruchssperrschicht aus einem amorphen Polyamidharz, das mit einem anhydridmodifizierten olefinischen Polymer oder Copolymer vermischt ist. Die Folie umfasst auch mindestens eine wärmesiegelbare Oberflächenschicht, vorzugsweise zwei solche Oberflächenschichten auf gegenüberliegenden Seiten der Geruchssperrschicht, die aus einem Ethylenpolymer oder Copolymer besteht, und eine klebende Verbindungsschicht zwischen jeder Oberflächenschicht und der Geruchssperrschicht.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine polymere Zusammensetzung, die zur Fertigung einer RF-schweißbaren Folienstruktur geeignet ist, wobei die Zusammensetzung im Wesentlichen aus einem Blend aus einem Copolyamid und einer ergänzenden Menge eines Polyolefins, das eine Carbonsäurefunktionalität, einen Säurecomonomergehalt von mindestens 3 Gew.-%, bezogen auf Polymergewicht, und einen Schmelzindex von 0,5 bis 300 g/10 min, wenn bei 190°C und 2,16 kg getestet (ASTM D-1238), hat, besteht, wobei der Blend eine DLF von mindestens 0,05 bei einer Frequenz von 27 Megahertz (MHz) bei 23°C hat und das Copolyamid in einer Menge innerhalb eines Bereichs von 20 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Blends, vorhanden ist.
Solche polymeren Zusammensetzungen vereinigen günstige Eigenschaften von Polyolefinen (physikalische Festigkeit, Verarbeitbarkeit und relativ niedrige Kosten) mit Copolyamid-RF-Aktivität, um neue RF-schweißbare Folienstrukturen zu liefern. Die Säurefunktionalität scheint Kompatibilität zwischen zwei ansonsten inkompatiblen Polymeren bereitzustellen und führt dadurch zu einer erwünschten Homogenität des Blends und daraus folgende verbesserten Folieneigenschaften relativ zu Blends, die aus gleichen Mengen des gleichen Copolyamids und eines nicht funktionalisierten Polyolefins (das gleiche Polyolefin, aber ohne eine Säurefunktionalität) hergestellt wurden.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine RF-schweißbare Folienstruktur, die mindestens eine Schicht aufweist, die aus der polymeren Zusammensetzung des ersten Aspekts gebildet ist. Die Folienstruktur kann einschichtig oder mehrschichtig sein. Mehrschichtige Strukturen können eine oder mehrere Schichten mit einer DLF von kleiner als (<) 0,05 bei einer Frequenz von 27 MHz bei 23°C enthalten.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Erzeugnis, das aus der Folienstruktur des zweiten Aspekts gefertigt ist, wobei der Gegenstand ausgewählt ist aus Beuteln, Behältern, Verpackungen, Stoffen und Teilen für die Automobilinnenausstattung, textilen Laminaten, aufblasbaren Waren, schwimmfähigen Waren, Persennings und Außenzelten. Andere geeignete Anwendungen, wovon einige speziellere Beispiele der vorhergehenden sind, umfassen zum Beispiel medizinische oder urologische Auffangbeutel, medizinische Stomabeutel, medizinische Infusions- oder intravenöse(IV) Beutel, aufblasbare Waren, wie etwa Luftmatratzen, schwimmfähige Waren oder Spielzeuge, Lebensmittelverpackungen, Blisterverpackungen für Wiederverkaufsprodukte, Gegenstände und Spielzeuge für Kinder, verstärkte Laminate für Zelte und Persennings, Dachmembranen und Geotextilien und Anwendungen im Bereich der Schreibwaren, wie etwa Schutzhüllen für Bucheinbände. Zusammensetzungen, die die Folien der vorliegenden Erfindung liefern, können auch zu Röhren mit einer RF-aktiven Außenschicht extrudiert werden. Solche Röhren können ohne weiteres in Verbindung mit RF-schweißbaren Folien verwendet werden, um eine vollständige RF-schweißbare Polyolefinfolienstruktur, wie etwa einen medizinischen Auffangbeutel, bereitzustellen. Fachleute können diese veranschaulichende Auflistung leicht erweitern, um im Grunde genommen jede Ware oder Anwendung einzuschließen, die eine HF- oder RF-siegelbare, flexible einschichtige oder mehrschichtige Folienstruktur erfordert. Die relativ niedrigen (im Vergleich zu f-PVC) Kosten von Polyolefinmaterialien, die verwendet werden, um die Folien der vorliegenden Erfindung herzustellen, und die Leistungsmerkmale solcher Folien eröffnen viele Möglichkeiten für den Ersatz von flexiblen, weich gemachten halogenierten Folien, wie etwa f-PVC.
Wenn nichts anderes angegeben ist, umfasst jeder Bereich Endpunkte, die angegeben werden, um den Bereich festzulegen.
Der Blend hat einen Polyamidgehalt, der ausreichend ist, um den Blend mit einer DLF ≥ 0,05, vorzugsweise ≥ 0,10 bei 27 MHz, wenn bei 23°C getestet wurde, zu versehen. Der Polyamidgehalt ist günstigerweise ≥ 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Blends, vorzugsweise ≥ 30 Gew.-%. Blends mit solch einem Polyamidgehalt führen zu kurzen RF-Schweißzeiten unter Verwendung von Standard-RF-Schweißapparaturen im Vergleich zu Blends mit einem niedrigeren Polyamidgehalt. RF-Schweißzeiten können so kurz wie 0,5 bis 1,0 s unter Verwendung eines 2-kW-Schweißgerätes (kommerziell erhältlich von Callanan Company), das bei einer Frequenz von 27,12 MHz betrieben wird und mit einer Messingsiegelleiste einer Breite von 0,5 inch (in.) (1,3 cm) mal einer Länge von 8 in (20,3 cm) und einer Fläche von 4 Quadrat (in.²)(25,8 cm²) ausgestattet ist, sein.
"DLF" ist ein berechneter Wert, der bestimmt wird, indem die Dielektrizitätskonstante (DC) eines Materials mit seinem dielektrischen Verlustfaktor (DDF) (oder Tangens des Fehlwinkels) multipliziert wird. Die DC und der DDF werden ohne weiteres durch instrumentelle dielektrische Testverfahren bestimmt. Eine besonders bevorzugte Testvorrichtung verwendet einen Hewlett Packard Impedance/Material Analyzer, Modell 4291B, der mit einem Hewlett Packard Dielectric Text Fixture, Modell 16453A gekoppelt ist. Dielektrische Eigenschaften können an formgepressten Tafeln (2,5 in (64 mm) Durchmesser und 0,050 in (1,3 mm) dick), die aus einem Material, wie etwa einem Polymer oder einer Polymermischung gebildet sind, gemessen werden.
"HF-Siegelbarkeit" bezieht sich auf die Verbindung eines siegelbaren Polymers mit einem Teil von sich selbst oder mit einem anderen Material unter Verwendung von elektromagnetischer Energie oder elektromagnetischen Wellen über einen breiten Frequenzbereich von 0,1 bis 30.000 MHz. Dieses umfasst RF-Erwärmung und Mikrowellen(MW)-Erwärmung anstelle von üblicher Warmversiegelung. Der HF-Bereich deckt generisch drei Frequenzbereiche ab, die üblicherweise als ein Ultraschallfrequenzbereich (18 kHz bis 1.000 KHz), der RF-Bereich (1 MHz bis 300 MHz) und der MW-Frequenzbereich (300 MHz bis 10.000 MHz) bezeichnet werden. Der RF- und MW-Bereich sind von besonderem Interesse. Die Begriffe "Aktivieren", "Versiegeln", "Verbinden" und "Schweißen" (und Variationen von jedem Wort) werden hierin untereinander austauschbar verwendet.
"RF-aktiv" bedeutet ein Material, das auf dielektrische Aktivierung mithilfe von Energie im RF-Bereich, deren Anwendung rasche Erwärmung des Materials induziert, empfindlich ist. Ähnlich bedeutet "HF-aktiv" ein Material, das auf dielektrische Aktivierung mithilfe von Energie im HF-Bereich empfindlich ist.
Im Allgemeinen betrachten Fachleute ein Material mit einer DLF von < 0,05 als RF- oder HF-inaktiv. Sie klassifizieren Materialien mit einer DLF von 0,05 bis 0,1 als schwach RF- oder HF-aktiv. Für Fachleute gilt, dass Materialien mit einer DLF oberhalb von (>) 0,1 gute RF- oder HF-Aktivität aufweist und Materialien mit einer DLF oberhalb von 0,2 sehr RF- oder HF-aktiv ist. Während eine DLF von 0,05 zufriedenstellende Ergebnisse erzeugen mag, bevorzugen Fachleute typischerweise eine DLF > 0,1, häufiger > 0,2 um ausreichende Versiegelung durch Anwendung von HF-Wellen im Allgemeinen und RF-Wellen im Speziellen zu erreichen.
Copolyamide von Dimersäuren resultieren aus einer Polymerisationsreaktion zwischen einer Dimerfettsäure, wie etwa Azelainsäure, und mindestens einem Alkyl- oder cyclischen Diamin, wie etwa Ethylendiamin, Hexamethylendiamin, Piperazin oder Propylenglykoldiamin. Das Copolyamid hat günstigerweise einen Säurenwert innerhalb eines Bereichs von 0,5 bis 15 mg (Kaliumhydroxid (KOH) pro g Harz) und einen Aminwert innerhalb eines Bereichs von 1 bis 50 (mg KOH/g Harz). Das Copolyamid hat vorteilhafterweise einen Ring-und-Ball-Erweichungspunkt (ASTM E-28) innerhalb eines Bereichs von 80 bis 190°C und bevorzugter von 90 bis 150°C. Niedermolekulare Copolyamide haben zusätzlich eine niedrige Viskosität und einen M_n-Wert von 5.000 bis 15.000. Typische Brookfiel-Schmelzviskositäten von Copolyamiden mit niedrigem M_n reichen von 900 bis 13.000 Centipoise (mPa·s), wenn sie bei 190°C gemäß ASTM D-3236 geprüft wurden. Copolyamide, die diese Kriterien erfüllen, finden typischerweise Verwendung in Heißschmelzklebstoffzusammensetzungen, wie etwa MACOMELT^® (Henkel) und UNIREZ^® (Union Camp). Um zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet zu sein, muss das Copolyamid eine DLF ≥ 0,05 bei 27 MHz aufweisen, wenn es bei 23°C geprüft wurde, vorzugsweise ≥ 0,1.
Weitere zufriedenstellende Copolyamide mit niedrigem M_n leiten sich von Reaktionsprodukten von Caprolactam oder Lauryllactam und Wasser oder Hexamethylendiamine und Adipinsäure ab. Obwohl sie in ihrer Chemie Polymeren mit hohem M_n, die als Nylon 6 oder Nylon 12 bekannt sind, ähneln, sind diese Copolyamide in erster Linie amorph und haben Schmelzpunkte und M_n-Werte, die wesentlich niedriger als bei üblichen Nylonharzen sind. Günstige amorphe Copolyamide haben Schmelzpunkte von 90 bis 140°C und gewichtsmittlere Molekulargewichte (M_w) von 10.000 bis 25.000. Sie werden unter der Handelsbezeichnung GRILTEX^® (EMS-American Grilon oder EMS-Chemie) als Heißschmelzklebstoffe vertrieben.
Wegen des relativ niedrigen M_n und der niedrigen Viskosität der hierin beschriebenen Copolyamidharze sind sie schwierig in üblichen Folien- oder Plattenextrusionsapparaten, die für Polymere mit hohem Molekulargewicht gestaltet worden sind, zu verarbeiten. Zusätzlich zeigen die Harze relativ schlechte Zug- und Reißfestigkeitseigenschaften und sind klebrig oder pappig, wenn sie zu einschichtigen Folien extrudiert werden. Die vorliegenden Blendzusammensetzungen überwinden diese Beschränkungen, die den niedermolekularen Copolyamidharzen, die in dieser Erfindung verwendet werden, inhärent sind.
In Bezug auf Polymere bezieht sich "Säurefunktionalität" auf Polymere, insbesondere Olefinpolymere, die darin einpolymerisiert eine ethylenisch ungesättigte Carbonsäure aufweisen, ebenso wie auf Polymere, die aus einer Reaktion resultieren, solch eine Säure auf ein Polymergrundgerüst aufzupfropfen. Geeignete Säuren umfassen Acrylsäure (AA) und Methacrylsäure (MAA). Besonders bevorzugte säurefunktionelle Olefinpolymere sind solche, die aus Polymeren und Copolymeren auf Ethylenbasis hergestellt werden. Vorzugsweise sind die Polymere und Copolymere auf Ethylenbasis ausgewählt aus linearem Polyethylen niedriger Dichte, Polyethylen niedriger Dichte, Polyethylen ultraniedriger Dichte, Polymeren von Ethylen und mindestens einem α-Olefinmonomer, linearen Ethylen/α-Olefin-Copolymeren, im Wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Copolymeren und Copolymeren von Ethylen und weniger als 30 Gew.-%, bezogen auf Copolymergewicht, eines polaren Monomers. Kommerziell erhältliche Ethylen/Acrylsäure(EAA)-Copolymere umfassen PRIMACOR*-Harze (* Marke von The Dow Chemical Company). Kommerziell erhältliche Ethylen/Methacrylsäure(EMAA)-Copolymere umfassen solche, die kommerziell von E. I. du Pont de Nemours and Company unter der Handelsbezeichnung NUCREL^® erhältlich sind. Kommerziell erhältliche Ethylen/Methylacrylat/Acrylsäure-Terpolymere (EMAAA) umfassen solche, die kommerziell von Exxon Chemical unter der Handelsbezeichnung ESCOR^® ATX-Harze erhältlich sind. Das Säurecomonomer muss in einer Menge von ≥ 3 Gew.-%, vorzugsweise ≥ 6 Gew.-%, bezogen auf Polymergewicht, vorhanden sein, um dem Olefin ausreichende Kompatibilität mit dem Copolyamid zu verleihen. Besonders bevorzugte Säurecopolymere haben einen AA- oder MAA-Gehalt von 9 bis 20 Gew.-%. Acrylsäuregepfropfte Polyolefine umfassen solche, die kommerziell von BP Chemical unter der Handelsbezeichnung POLYBOND^® erhältlich sind.
Ionomere fungieren als geeignete Ersatzstoffe für säurefunktionalisierte Polyolefine. "Ionomere" bezieht sich typischerweise auf ionomerisierte Metallsalze von Carbonsäurecopolymeren, wie etwa Natrium-, Kalium- oder Zinkionomere von EAA oder EMAA. Kommerziell erhältliche Ionomere umfassen solche, die unter der Handelsbezeichnung SURLYN^® von E. I du Pont de Nemours and Company erhältlich sind.
Die Ionomere und die säurefunktionellen Olefinpolymere haben typischerweise eine Dichte von 0,86 bis 0,99 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm³), vorzugsweise 0,89 bis 0,97 g/cm³, und einen Schmelzindex oder I₂-Wert von 0,5 bis 300 Gramm pro 10 Minuten (g/10 min), wenn sie bei 190°C und 2,16 kg geprüft werden (ASTM D-1238), vorzugsweise 2 bis 20 g/10 min.
Die Polymerblends haben einen Copolyamidgehalt von ≥ 20 Gew.-% und einen Gehalt an säurefunktionalisiertem Polymer von nicht mehr als () 80 Gew.-%, bezogen auf Gewicht des Blends. Der Copolyamidgehalt reicht von 20 bis 80 Gew.-% mit einem Bereich des Gehalts an zusätzlichem säurefunktionalisierten Polymer von 80 bis 20 Gew.-%. Bevorzugter reicht der Copolyamidgehalt der Blends von 30 bis 70 Gew.-%, bezogen auf Gewicht des Blends. Wenn das Copolyamid in Mengen von < 20 Gew.-% und insbesondere in Mengen von < 10 Gew.-% verwendet wird, hat der Blend eine zu niedrige DLF, um leichtes RF-Schweißen zu erlauben. Bei Copolyamidgehalten > 80 Gew.-%, insbesondere > 90 Gew.-% verarbeitet sich der Blend wie ein Copolyamid mit geringer Schmelzfestigkeit, ist schwierig auf üblichen Extrusionsapparaturen zu extrudieren und zeigt schlechte Schmelzfestigkeit, hohe Klebrigkeit oder Aneinanderhaften der Folien und im Allgemeinen schlechte physikalische Eigenschaften, wie Zugfestigkeit, Reiß- und Schlagfestigkeit.
Das säurefunktionalisierte Polymer versieht den Blend mit erhöhter Schmelzviskosität während der Extrusionsverarbeitung, erhöhter Folienfestigkeit und Flexibilität, erhöhter Klebstoffablösefestigkeit und Dauerhaftigkeit der Verbindung und verbesserter Feuchtigkeitsbeständigkeit, wobei alle Verbesserungen und Zunahmen relativ zu einem Blend sind, dem solch ein funktionalisiertes Polyolefin fehlt. Die Copolyamidkomponente versieht den Blend mit ausreichendem DLF-Charakter, um RF-Schweißbarkeit zu verleihen. Das Copolyamid kann dem Blend auch verbesserte Sauerstoff- und Kohlendioxidsperreigenschaften verleihen. Zusätzlich ist der Erweichungspunkt der meisten Copolyamide > 100°C, wobei viele > 120°C sind, während der Schmelzpunkt der meisten säurefunktionellen Ethylenpolymere leicht oberhalb oder unterhalb von 100°C liegt. Somit kann die Copolyamidkomponente des Blends die Temperaturstabilität und die Bindungsfestigkeit bei erhöhten Temperaturen (> 100°C) verbessern.
Die Polymerblends, die Folien der vorliegenden Erfindung bilden, können auch ein oder mehrere übliche Additive enthalten, die den Folien ein funktionelles Attribut verleihen, aber nicht wesentlich die Foliensiegelbarkeit durch Aussetzen an HF- oder RF-Strahlung beeinflussen. Solche Additive umfassen ohne Beschränkung Antioxidationsmittel oder Prozessstabilisatoren, UV-Stabilisatoren, Klebrigmacher, Flammverzögerungsmittel, anorganische Füllstoffe, Biozide und Pigmente.
Zusätzlich zu dem Copolyamid und säurefunktionellen Olefinpolymer, die in den polymeren Zusammensetzungen dieser Erfindung erforderlich sind, kann eine Menge eines Olefinpolymers oder -copolymers zugegeben werden, um gewünschte Filmeigenschaften zu erreichen, so lange die Zusammensetzung ≥ 20 Gew.-% Copolyamid enthält. Olefinpolymere, die für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen Homopolymere, wie etwa PE oder PP, und Copolymere, wie etwa Ethylen/Buten-1 (EB), Ethylen/Octen-1 (EO) oder Ethylen/Propylen (EP). Nützliche unpolare Olefinpolymere umfassen Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE), Polyethylen ultraniedriger Dichte (ULDPE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polyethylenplastomer (Metallocencatalysator, 0,86 bis 0,92 g/cm³ Dichte, (mPE), PP-Homopolymer, PP-Copolymer (co-PP), EVA, EMA, Ethylen/n-Butylacrylat (EnBA), Ethlyen/-Ethylacrylat (EEA), EAA, EMAA, EMAAA, ionomerisierte Metallsalze von Carbonsäurecopolymeren, wie etwa Natrium-, Kalium- oder Zinkionomere von EAA oder EMAA, Ethlyen/Propylen/Dien-Copolymer (EPDM), Ethlyen/Styrol-Interpolymer (ES), EVOH, Polybuten (PB), Polyisobuten (PIB), Styrol/Butadien(SB)-Blockcopolymer, Styrol/Isopren/Styrol(SIS)-Blockcopoly mer, Styrol/Ethylen/Buten/Styrol(SEBS)-Blockcopolymer oder MAH-g-Olefinpolymere, wie etwa MAH-g-EVA, MAH-g-PE und MAH-g-PP und MAH-g-Styrol-Blockcopolymere, wie etwa SEBS-g-MAH.
Die Folien der vorliegenden Erfindung können jede Stärke haben, die einem gegebenen Zweck dient, fallen aber typischerweise in einen Bereich von 1 bis 100 mil (25 bis 2.500 Mikrometer (μm)), vorzugsweise 2 bis 20 mil (50 bis 500 μm). Jedes übliche Folienbildungsverfahren kann verwendet werden, um solche Folien herzustellen. Beispielhafte Verfahren umfassen ohne Beschränkung ein Verfahren für ringförmig extrudierte Blasfolien, ein Schlitzdüsengießextrusionsverfahren und Extrusionsbeschichtung von einer oder mehreren Schichten auf eine Folie oder auf ein Substrat. Die Folien der vorliegenden Erfindung können einschichtige Folien sein oder als eine oder mehrere Schichten einer mehrschichtigen Folienkonstruktion fungieren. Solche mehrschichtigen Folien resultieren vorzugsweise aus Coextrusionsprozessen, ebenso wie aus Laminierungsprozessen. Zusätzlich können NF-aktive Blendzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung zu extrudierten Profilformen, wie etwa Röhren, gefertigt werden. Zum Beispiel kann eine RF-schweißbare einschichtige oder coextrudierte mehrschichtige rohrförmige Struktur mit einer Folie oder einem anderen Substrat verbunden werden, um ein Verbundteil, wie etwa einen medizinischen Auffangbeutel, zu erzeugen. Zusätzlich können die Polymerblendzusammensetzungen, die hierin beschrieben sind, in einem Lösungsmittel aufgelöst werden oder als eine wässrige Dispersion oder Emulsion dispergiert werden und aus einer flüssigen Phase unter Verwendung von üblichen Flüssigkeitsbeschichtungsverfahren aufgebracht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die polymere Zusammensetzung oder der RF-aktive Polymerblend mit einer nicht-RF-aktiven oder schwach RF-aktiven Polymerschicht coextrudiert werden oder in anderer Art und Weise in einem mehrschichtigen Verbund angeordnet werden. Die Einführung einer RF-aktiven Schicht mit einer nicht-RF-aktiven Schicht in eine coextrudierte Folienstruktur erlaubt günstigerweise, dass die gesamte Folie RF-geschweißt werden kann. Besonders bevorzugte Folienstrukturen der vorliegenden Erfindung können als "AB" oder "ABA" oder "BAB" bezeichnet werden, wobei die "A"-Schicht nicht-RF- oder schwach RF-aktiv ist und die "B"-Schicht die RF-aktive Polymerblendzusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist. Zusätzliche nicht-RF- oder schwach RF-aktive Schichten "C" können auch eingebracht werden, wie etwa in einer "ABC"-Coextrusion. Fachleute verstehen ohne weiteres, dass dieses Strukturen einfach eine breite Vielzahl von vorhersehbaren Strukturen illustrieren.
Jede der hierin beschriebenen Folien kann mit sich selbst oder mit einem anderen Substrat unter Verwendung eines üblichen HF-Siegelapparates, wie etwa eines RF-Siegelapparat, versiegelt oder geschweißt werden. Kommerziell erhältliche RF-Schweißgeräte, wie etwa solche, die von Callanan Company, Weldan, Colpitt, Kiefel Technologies, Thermatron, Radyne und anderen erhältlich sind, werden typischerweise bei einer Frequenz von 27,12 MHz betrieben. Zwei weniger häufig verwendete Radiofrequenzen sind 13,56 MHz und 40,68 MHz. Typische MW-Siegel- oder -Schweißapparate funktionieren bei Frequenzen von 2.450 MHz (2,45 GHz), 5,8 GHz und 24,12 GHz. Wenn RF-Siegelapparate verwendet werden, kann die Schweißleiste ("die") oder das Bearbeitungswerkzeug ("tooling") bei Umgebungsraumtemperatur (nominell 23°C) betrieben werden oder kann auf Temperaturen wie etwa 40°C oder 60°C vorgeheizt werden. Leicht erhöhte Temperaturen können die RF-Aktivierung verbessern und die Siegelzeiten verkürzen.
RF- oder MW-Aktivierung (Versiegelung und Verbindung) bietet einen Leistungsvorteil gegenüber konventioneller thermischer oder Wärmeversiegelung, wenn schnelle Versiegelung ein wesentlicher Faktor wird, wie etwa im Falle von Hochgeschwindigkeitsproduktion. HF- (einschließlich RF und MW)-Verbindungstechnologien erlauben, dass die Energie auf der HF-aktiven Schicht konzentriert wird und eliminieren somit die Notwendigkeit, Wärme durch die gesamte Struktur zu übertragen. Dieser Vorteil wird offenkundiger bei zunehmender Folienstärke, insbesondere bei relativ dicken (Stärke > 5 mil oder 125 μm) Folien, wo konventionelle thermische Versiegelungstechniken relativ lange (im Vergleich zu RF-Versiegelung) Berührungszeiten erfordern, um Wärmeübertragung durch die Folie zu der Verbindungsgrenzfläche zu erlauben. Zum Beispiel kann RF-Versiegelung in so wenig wie 0,4 s erfolgen, wohingegen übliche thermische Kontakt- oder Impulsversiegelung einer Folie mit der gleichen Dicke typischerweise mindestens einige Sekunden erfordert, um eine vergleichbare Versiegelung zu erreichen. HF-Verbindung oder -Versiegelung hat auch einen Vorteil gegenüber konventioneller thermischen Versiegelung, wenn eine Verbundstruktur ein thermisch empfindliches Material, wie etwa ein farbempfindliches gefärbtes Gewebe oder nichtgewebtes Material oder eine orientierte Folie, die bei Erwärmung erweichen und in unerwünschter Weise schrumpfen kann, enthält. RF-Schweißleisten können auch in sehr komplexen Formen hergestellt werden, was eine schwierige Aufgabe ist, wenn es um thermische Versiegelungsapparaturen geht.
Die Folien der vorliegenden Erfindung erleichtern die Herstellung einer Vielzahl von Strukturen mithilfe von HF-Versiegelung. Zum Beispiel kann eine Folie übereinander gefaltet werden und mindestens teilweise mit sich selbst HF-versiegelt werden, um eine Tasche oder einen Beutel zu bilden. Zwei Lagen derselben Folie können ohne weiteres eine ähnliche Tasche oder einen ähnlichen Beutel ohne Faltung bilden. HF-Versiegelung fördert auch die Verbindung solch einer Folie mit einem Substrat, wie etwa einer unterschiedlichen Folie, einem nichtgewebten Stoff, einem spritzgegossenen oder extrudierten Teil oder Papier. Für die meisten Anwendungen ist ausreichend HF-Versiegelung oder -Bindung einer Adhäsionsfestigkeit von mindestens 3 pound pro inch (lb/in.) (0,52 N/mm), vorzugsweise mindestens 4 lb/in. (0,70 N/mm) gleichgestellt. Medizinische Auffangbeutel oder Drainagebeutel erfordern, dass eine RF-Verschweißung zwischen zwei Lagen von Folien eine Festigkeit hat, die die Reißfestigkeit der Folie selbst übersteigt. Mit anderen Worten resultiert ein Versuch, die Folien auseinander zu ziehen, in dem Zerreißen mindestens einer der Folien. Eine RF-Schweiß- oder -Siegeladhäsionsfestigkeit von mindestens 4 lb/in. (0,70 N/mm), wie mithilfe des 180°-Abziehtests nach ASTM D-903 geprüft, trifft dieses Erfordernis. Dickere Folienstrukturen, wie etwa solche, die für aufblasbare Anwendungen verwendet werden, erfordern im Allgemeinen sogar noch größere Schweiß- oder Bindungsfestigkeiten. Folien, ähnlich zu denen der vorliegenden Erfindung, aber mit einer DLF < 0,05, erleichtern nicht die HF-Verschweißung und liefern typischerweise abziehbare Versiegelungen, die die obigen Adhäsionsfestigkeitserfordernisse nicht erfüllen, wenn sie der gleichen Menge an HF-Strahlung ausgesetzt werden.
Ungeachtet der Betonung auf HF-Schweißbarkeit, können Folienstrukturen oder Folien aus der vorliegenden Zusammensetzung auch unter Verwendung üblicher thermischer Verfahren, wie etwa Heißwalzenlaminierung, Flammenlaminierung und Heißversiegelung, thermisch laminiert, versiegelt oder verschweißt werden. Mit dieser Fähigkeit kann man ein thermisches Verfahren mit HF-Schweißen kombinieren. Eine Illustration solch einer Kombination umfasst einen ersten Schritt des thermischen Laminierens einer Folie der vorliegenden Erfindung mit einem Substrat, wie etwa einem Stoff, und dabei Bilden eines Folien/Stoff-Verbundstoffs und einen zweiten nachfolgenden Schritts der HF-Verschweißung zweier Verbundstoffe miteinander an einer Folien/Folien-Grenzfläche und dabei Bereitstellen von Folieninnenflächen und Stoffaußenflächen. Weitere Substrate von Interesse, auf welche Folien der vorliegenden Erfindung laminiert werden können, umfassen zelluläre Schäume, wie etwa Polyurethan- oder Polyolefinschäume, gewebte oder nichtgewebte Stoffe, Papier- oder Kartonprodukte, thermoplastische Folien oder Platten, Holzfurnier und Holzprodukte und Holz- oder cellulosehaltige Verbundstoffe.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen, aber beschränken die vorliegende Erfindung nicht. Arabische Zahlen oder Kombinationen von arabischen Zahlen und Buchstaben des Alphabets bedeuten Beispiele (Bsp.) der vorliegenden Erfindung. Buchstaben des Alphabets, die alleine stehen, stellen Vergleichsbeispiele (Vgl.-Bsp.) dar.
Bsp. 1 – DLF-Bestimmung
Es werden verschiedene Polymermaterialien einer DLF-Prüfung unter Verwendung der Apparatur und der Vorgehensweise, die unten ausgeführt sind, ausgesetzt. Die Materialien und ihre entsprechenden DLF-Werte sind wie folgt: LDPE (LDPE 501, 0922 g/cm³ Dichte, Schmelzindex von 1,9 g/10 min, The Dow Chemical Company) < 0,001; EAA mit 9,7 Gew.-% Acrylsäure(AA)-Gehalt (EAA-1) (PRIMACOR* 1430, Schmelzindex von 5 g/10 min, The Dow Chemical Company) = 0,003; EAA mit 20 Gew.-% AA-Gehalt (EAA-2) (PRIMACOR* 5980, Schmelzindex von 300 g/10 min, The Dow Chemical Company) = 0,007; EAA mit 9,7 Gew.-% AA-Gehalt (EAA-3) (PRIMACOR* 3460, Schmelzindex von 20 g/10 min, The Dow Chemical Company) = 0,007; Copolyamid Nr. 1 (CPA-1) (MACROMELT^® 6211, Henkel) = 0,221; CPA-2 (MACROMELT^® 6238, Henkel) = 0,082; CPA-3 (MACROMELT^® 6206, Henkel) = 0,057; CPA-4 (GRILTEX^® 1G, EMS-Chemie) = 0,11; CPA-5 (GRILTEX^® D1330, EMS-Chemie) = 0,07; CPA-6 (GRILTEX^® D1472, EMS-Chemie) = 0,08; Blend Nr. 1 (B-1), ein Blend aus 80% EAA-1 und 20% CPA-1, = 0,03; B-2, ein Blend aus 60% EAA-1 und 40% CPA-1, = 0,06 und B-3, ein Blend aus 40% EAA-1 und 60% CPA-1, = 0,083 Ionomer-1 (SURLYN^® 1605, E. I. du Pont de Nemours and Company) = 0,008; Ionomer-2 (SURLYN^® 1702, E. I. du Pont de Nemours and Company) = 0,003. * bedeutet Marke von The Dow Chemical Company.
Bsp. 2 – Versiegelungstest einer einschichtigen Folie
Man verwendet eine konventionelle Schlitzdüsengießfolienanlage mit einem Einfachschneckenextruder mit einem Durchmesser von 2,5 inch (6,4 cm) und einem Länge/Durchmesser-Verhältnis (L/D) von 24 : 1, der bei einer Temperatur von 300°F (149°C) betrieben wird, und einer 28 inch (71 cm) breiten Schlitzdüse, die bei einer Temperatur von 300°F (149°C) betrieben wird, um eine schmelzverarbeitbare Polymerzusammensetzung auf eine gekühlte (75°F (25°C)) Auftragswalze zu gießen, um eine 4 mil (102 μm) dicke einschichtige Folie zu bilden, und danach wird die Folie zu einer Rolle aufzuwickeln. Die schmelzverarbeitbaren Polymerzusammensetzungen enthalten 3 Gewichtsteile (Gew.-%.) CN-744-Antihaftkonzentrat (20 Gew.-% SiO₂ in LDPE) und 2 Gew.-%. CN-4420 Gleit-/Antihaftkonzentrat (20 Gew.-% Siliciumdioxid (SiO₂), 4 Gew.-% Stearinsäureamid und 4 Gew.-% Erucylamid in einem EVA-Träger) pro 100 Gew.-%. Polymer. Southwest Plastics liefert die letzteren beiden Stoffe.
Es werden zwei Lagen einer jeden Folie miteinander unter Verwendung eines Callanan 2,0-kW-RF-Schweißgeräts, das bei einer Leistungseinstellung 50% betrieben wird und mit einer nichterwärmten 0,5 in. (1,25 cm) breiten mal 8 in. (20,8 cm) langen Balkensiegelleiste versehen ist, mit einer 1-Sekunden-Siegelzeit dielektrisch versiegelt. Die Folie wird in 1 in. (2,5 cm) breite Streifen senkrecht zu der Versiegelung geschnitten. Die Streifen werden einem 180°-Abziehtest unter Verwendung eines Instron Zugfestigkeitstesters mit einer Abziehgeschwindigkeit von 12 in./min (30,5 cm/min) gemäß ASTM (American Society for Testing and Materials) Test D-903 unterzogen.
Die Folienzusammensetzungen und entsprechenden Siegelfestigkeiten sind wie folgt: 100% EAA-1 – keine messbare Versiegelung; 80% EAA-1/20% CPA-1 = 4,15 pound/inch (lb/in)/0,73 N/mm; 60% EAA 1/40% CPA-1 = 4,75 lb/in. (0,83 N/mm) und 40% EAA-1/60% CPA-1 = > 6 lb/in. (1,05 N/mm). CPA-1 hat einen Ring-und-Ball-Erweichungspunkt von 145°C und einen Säurewert von 2 bis 10 mg KOH/g Harz, einen Aminwert < 2 mg KOH/g Harz und eine Schmelzviskosität von 5.000 Centipoise (mPa·s) bei 190°C.
Die Abziehtestdaten zeigen, dass, während eine Polyolefinfolie ohne Copolyamid typischerweise nicht RF-versiegelt werden kann, das Vermischen mit so wenig wie 20 Gew.-% eines Copolyamids mit einem Polyolefin zu einer zufriedenstellenden Adhäsionsfestigkeit führt. Steigende Copolyamidgehalte (zum Beispiel 40 Gew.-% und 60 Gew.-% CPA-1) führen zu stärkeren Adhäsionsfestigkeitseinstufungen.
Bsp. 3
Es wird eine einschichtige Folie in der Dicke 5,0 mil (125 μm) aus einem Copolyamid/Polyolefin-Blend auf einer üblichen Blasfilmanlage unter Verwendung eines Extruders mit einem Durchmesser von 1 inch (2,5 cm), der eine Düse mit einem Durchmesser von 1 inch (2,5 cm) beschickt, hergestellt. Man lässt die Temperaturen der Extruderzonen von 280°F (138°C) auf 330°F (165°C) ansteigen, während die Düse bei 330°F (165°C) betrieben wird. Der Film enthält 55% BYNEL CXA 3101 (E. I. du Pont de Nemours and Company, säuremodifiziertes EVA-Harz mit 3,5 g/10 min Schmelzindex, 0,96 g/cm³ Dichte), 30% CPA-1, 10% LDPE 501I (das Gleiche wie in Bsp. 1) und 5% CN734-Antihaftkonzentrat (Southwest Plastics, 15% SiO₂ in LDPE). Die resultierende Folie zeigt eine Reißfestigkeit in Maschinenrichtung (MD) von 1.360 psi (9,4 N/mm²), eine Dehnungsgrenze von 560%, einen 2%-Sekantenmodul von 5.020 psi (34,6 N/mm²), eine Elmendorf-Reißfestigkeit von 160 g/mil (6,3 g/μm) und eine Spencer-Schlagfestigkeit von 270 g/mil (10,5 g/μm). Die Folie hat eine DLF von 0,08.
Zwei Lagen der Folie werden wie in Bsp. 2 dielektrisch miteinander verschweißt, aber mit einer 0,5-sekündigen Vorheizung bei geringer Leistung und einer 1,0-sekündigen RF-Siegelzeit, gefolgt von einer 0,5-sekündigen Standzeit (keine Leistung) und einer Einstellung der Clayton Luftkondensatorplatte von 22. Dies liefert eine hochfeste Versiegelung (> 6,0 lb/in. (1,05 N/mm)). Die Versiegelung ist stark genug, um einen Folienbruch vor Versagen der Versiegelung zu liefern.
Bsp. 4
Bsp. 3 wird wiederholt, aber mit einer Mischung aus 40 Gew.-% EAA-1, 40 Gew.-% CPA-1, 15 Gew.-% des gleichen LDPE wie in Bsp. 3 und 5 Gew.-% des gleichen Antihaftkonzentrats wie in Bsp. 3. Die Folie hat eine MD-Reißfestigkeit von 1.560 psi (10,8 N/mm²), eine Dehnungsgrenze von 530%, einen 2%-Sekantenmodul von 7.050 psi (48,6 N/mm²), eine Elmendorf-Reißfestigkeit von 160 g/mil (6,2 g/μm) und eine Spencer-Schlagfestigkeit von 260 g/mil (10,1 g/μm).
Dielektrische Versiegelung von zwei Lagen der Folie miteinander liefert eine Abziehfestigkeit > 5,5 lb/in. (1,0 N/mm).
Bsp. 5
Bsp. 3 wird wiederholt, aber mit einem Blend aus 75 Gew.-% SURLYN^® 1605 (E. I. du Pont de Nemours and Company), 20 Gew.-% CPA-1 und 5% des gleichen Antihaftkonzentrats wie in Bsp. 3. Der Film zeigt eine Reißfestigkeit in Maschinenrichtung (MD) von 2.640 psi (18,2 N/mm²), eine Dehnungsgrenze von 215%, einen 2%-Sekantenmodul von 27.300 psi (188,3 N/mm²) und eine Spencer-Schlagfestigkeit von 300 g/mil (11,7 g/μm). Die Folie hat eine DLF von 0,06.
Bsp. 6
Eine dreischichtige Folie mit einer Stärke von 7,4 mil (188 μm) wird unter Verwendung einer konventionellen Aufwärtsblasfolienanlage, die mit einer Düse mit einem Durchmesser von 5 in (12,7 cm) und drei 2,5 in. (6,4 cm)-Extrudern ausgestattet ist, coextrudiert. Die Folie hat eine symmetrische ABA-Struktur, wobei die innersten und äußersten Schichten "A" jeweils 15% (1,1 mil, 28 μm) der Gesamtfolienstärke und die Kernschicht "B" 70% (5,2 mil, 131 μm) der Foliendicke ausmachen. Die Außen schichten "A" enthalten 95 Gew.-% EAA-1 und 5 Gew.-% des gleichen Antihaftkonzentrats wie in Bsp. 3. Die "B"- oder Kernschicht enthält 60 Gew.-% EAA-1 und 40 Gew.-% CPA-1. Alle drei Extruder sind in Zonen von 275°F (135°C) bis 330°F (166°C) gestaffelt, wobei die Düsenzonen auf 330°F (166°C) eingestellt sind. Dies erzeugt eine 16 in. (41 cm) breite flachgelegte Blase. Die resultierende Folie hat eine Spencer-Schlagfestigkeit von 595 g/mil (23,2 g/μm), eine Sauerstoffdurchlässigkeitsrate (O₂TR) von 375 cm³-mil/100 in.²-Tag (147 cm³-mm/m²-Tag) und eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate (WVTR) von 4,1 g-mil/100 in.²-Tag (1,62 g-mm/m²-Tag). Tabelle I unten stellt zusätzliche physikalische Eigenschaftsdaten der Folie (sowohl in MD als auch in Querrichtung (TD) gemessen) dar.
Tabelle I
Kernschicht "B" hat eine DLF von 0,06. Es werden zwei Lagen der Folie miteinander wie in Bsp. 3, aber mit einer RF-Siegelzeit von 1,5 s und einer Einstellung der Clayton-Luftkondensatorplatte von 23 dielektrisch versiegelt. Die resultierende Versiegelung hat eine Abziehfestigkeit von > 7,1 lb/in. (1,2 N/mm), wobei die Folie vor Versagen der Versiegelung bricht.
Bsp. 7
Beispiel 6 wird wiederholt, um eine coextrudierte asymmetrische (AB-Konfiguration) 2-schichtige Folie der Stärke 9,0 mil (228 μm) herzustellen, aber es werden zwei Extruder anstatt drei verwendet. Schicht "A", nominell die innerste Schicht, stellt 50% (4,5 mil, 114 μm) der Gesamtfolienstärke bereit und hat die gleiche Zusammensetzung wie Schicht A aus Bsp. 6. Schicht "B", nominell die äußerste Schicht, stellt 50% (4,5 mil, 114 μm) der Gesamtfolienstärke bereit und enthält 55 Gew.-% EAA-1, 40 Gew.-% CPA-1 und 5 Gew.-% des Antihaftkonzentrats aus Bsp. 3. Die resultierende Folie hat eine Spencer-Schlagfestigkeit von 590 g/mil (23,0 g/μm), eine O₂TR von 330 cm³-mil/100 in.²-Tag (130 cm³-mm/m²-Tag) und eine WVTR von 2,4 g-mil/100 in.²-Tag (0,95 g-mm/m²-Tag). Tabelle II unten stellt zusätzliche physikalische Eigenschaftsdaten der Folie (sowohl in MD als auch TD) bereit.
Tabelle II
Äußere Schicht "B" hat eine DLF von 0,06. Dielektrische Versiegelung der beiden Lagen der Folie miteinander unter Verwendung der gleichen Bedingungen wie die aus Bsp. 6, wobei die "B"-Schichten untereinander benachbart sind, liefert eine Abziehfestigkeit von > 5,0 lb/in. (0,9 N/mm).

Claims

Polymere Zusammensetzung, die zur Fertigung einer mit Radiofrequenz schweißbaren Folienstruktur geeignet ist, wobei die Zusammensetzung im Wesentlichen aus einem Blend aus 20 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Blends, eines Copolyamids und einer ergänzenden Menge eines Polyolefins, das eine Carbonsäurefunktionalität, einen Säurecomonomergehalt von mindestens 3 Gew.-%, bezogen auf Polymergewicht, und einen Schmelzindex von 0,5–300 g/10 min, wenn bei 190°C und 2,16 kg (ASTM D-1238) getestet, hat, und optional einem Olefinpolymer oder -copolymer besteht, wobei der Blend eine dielektrische Verlustziffer von mindestens 0,05 bei einer Frequenz von 27 MHz bei 23°C hat.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Menge an Copolyamid 30 bis 70 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Blends, beträgt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zusammensetzung im Wesentlichen aus diesem Copolyamid und diesem säurefunktionellen Polyolefin besteht.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung im Wesentlichen aus diesem Copolyamid, diesem säurefunktionellen Polyolefin und einem Olefinpolymer oder -copolymer, ausgewählt aus Polyethylen niedriger Dichte, linearem Polyethylen niedriger Dichte, Polyethylen ultraniedriger Dichte, Polyethylen hoher Dichte, Polyethylenplastomer, Polypropylenhomopolymer, Polypropylencopolymer, Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, Ethylen-Methyl acrylat-Copolymer, Ethylen-n-Butylacrylat-Copolymer, Ethylen-Ethylacrylat-Copolymer, Ethylen-Methacrylsäure-Copolymeren, ionomerisierten Metallsalzen von Carbonsäurecopolymeren, Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer, Ethylen-Styrol-Interpolymer, Ethylen-Vinylalkohol-Copolymeren, Polybuten, Polyisobuten, Styrol-Butadien-Blockcopolymer, Styrol-Isopren-Styrol-Blockcopolymer, Styrol-Ethylenbuten-Styrol-Blockcopolymer oder mit Maleinsäureanhydrid gepfropften Olefinpolymeren und mit Maleinsäureanhydrid gepfropften Styrol-Blockcopolymeren besteht.
Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Copolyamid sich von einer Dimerfettsäure ableitet.
Zusammensetzung nach Anspruch 5, wobei das Copolyamid aus einer Polymerisationsreaktion zwischen Azelainsäure und mindestens einem Alkyl- oder cyclischen Diamin, ausgewählt aus Ethylendiamin, Hexamethylendiamin, Piperazin und Propylenglykoldiamin resultiert.
Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Säurecomonomergehalt dieses säurefunktionellen Polyolefins mindestens 6 Gew.-%, bezogen auf Polymergewicht, beträgt.
Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das säurefunktionelle Polyolefin ein Polymer auf Ethylenbasis ist, das darin einpolymerisiert oder darauf aufgepfropft mindestens ein Monomer aufweist, das eine ethylenisch ungesättigte Carbonsäure ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 8, wobei das säurefunktionelle Polyolefin auf Ethylenbasis ein Ethylen-Acrylsäure-Copolymer oder ein Ethylen-Methacrylsäure-Copolymer ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 8, wobei das säurefunktionelle Polyolefin auf Ethylenbasis einen Acrylsäure- oder Methacrylsäuregehalt von 9 bis 20 Gew.-% hat.
Zusammensetzung nach Anspruch 8, wobei das Polyolefin auf Ethylenbasis ausgewählt ist aus linearem Polyethylen niedriger Dichte, Polyethylen niedriger Dichte, Polyethylen ultraniedriger Dichte, Copolymeren von Ethylen und mindestens einem α-Olefinmonomer, linearen Ethylen-α-Olefin-Copolymeren, im Wesentlichen linearen Ethylen-α-Olefin-Copolymeren und Copolymeren von Ethylen und weniger als 30 Gew.-%, bezogen auf Copolymergewicht, eines polaren Monomers.
Zusammensetzung nach Anspruch 11, wobei das polare Monomer ausgewählt ist aus Vinylacetat, Methylacrylat, Acrylsäure und Methacrylsäure.
Zusammensetzung nach Anspruch 11, wobei das α-Olefinmonomer 3 bis 20 Kohlenstoffatome enthält.
Zusammensetzung nach Anspruch 11, wobei das Polyolefin auf Ethylenbasis ein Ethylen-α-Olefin-Copolymer mit einer Dichte innerhalb eines Bereichs von 0,86 bis 0,94 g/cm³ ist.
Mit Radiofrequenz schweißbare Folienstruktur, die mindestens eine Schicht enthält, die aus einer Zusammensetzung gebildet ist, die im Wesentlichen aus einem Blend aus 20 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Blends, eines Copolyamids und einer ergänzenden Menge eines Polyolefins, das eine Carbonsäurefunktionalität, einen Säurecomonomergehalt von mindestens 3 Gew.-%, bezogen auf Polymergewicht, und einen Schmelzindex von 0,5–300 g/10 min, wenn bei 190°C und 2,16 kg (ASTM D-1238) getestet, hat, und optional einem Olefinpolymer oder -copolymer besteht, wobei der Blend eine dielektrische Verlustziffer von mindestens 0,05 bei einer Frequenz von 27 MHz bei 23°C hat.
Mit Radiofrequenz schweißbare Folienstruktur nach Anspruch 15, wobei die Menge an Copolyamid 30 bis 70 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Blends, beträgt.
Mit Radiofrequenz schweißbare Folienstruktur nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Zusammensetzung im Wesentlichen aus diesem Copolyamid und diesem säurefunktionellen Polyolefin besteht.
Mit Radiofrequenz schweißbare Folienstruktur nach Anspruch 15, wobei die Zusammensetzung im Wesentlichen aus diesem Copolyamid, diesem säurefunktionellen Polyolefin und einem Olefinpolymer oder -copolymer, ausgewählt aus Polyethylen niedriger Dichte, linearem Polyethylen niedriger Dichte, Polyethylen ultraniedriger Dichte, Polyethylen hoher Dichte, Polyethylenplastomer, Polypropylenhomopolymer, Polypropylencopolymer, Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, Ethylen-Methylacrylat-Copolymer, Ethylen-n-Butylacrylat-Copolymer, Ethylen-Ethylacrylat-Copolymer, Ethylen-Methacrylsäure-Copolymeren, ionomerisierten Metallsalzen von Carbonsäurecopolymeren, Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer, Ethylen-Styrol-Interpolymer, Ethylen-Vinylalkohol-Copolymeren, Polybuten, Polyisobuten, Styrol-Butadien-Blockcopolymer, Styrol-Isopren-Styrol-Blockcopolymer, Styrol-Ethylenbuten-Styrol-Blockcopolymer oder mit Maleinsäureanhydrid gepfropften Olefinpolymeren und mit Maleinsäureanhydrid gepfropften Styrol-Blockcopolymeren besteht.
Mit Radiofrequenz schweißbare Folienstruktur nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei sich das Copolyamid von einer Dimerfettsäure ableitet.
Mit Radiofrequenz schweißbare Folienstruktur nach Anspruch 19, wobei das Copolyamid aus einer Polymerisationsreaktion zwischen Azelainsäure und mindestens einem Alkyl- oder cyclischen Diamin, ausgewählt aus Ethylendiamin, Hexamethylendiamin, Piperazin und Propylenglykoldiamin resultiert.
Mit Radiofrequenz schweißbare Folienstruktur nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei der Säurecomonomergehalt dieses säurefunktionellen Polyolefins mindestens 6 Gew.-%, bezogen auf Polymergewicht, beträgt.
Mit Radiofrequenz schweißbare Folienstruktur nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei das säurefunktionelle Polyolefin ein Polymer auf Ethylenbasis ist, das darin einpolymerisiert oder darauf aufgepfropft mindestens ein Monomer aufweist, das eine ethylenisch ungesättigte Carbonsäure ist.
Mit Radiofrequenz schweißbare Folienstruktur nach Anspruch 22, wobei das säurefunktionelle Polyolefin auf Ethylenbasis ein Ethylen-Acrylsäure-Copolymer oder ein Ethylen-Methacrylsäure-Copolymer ist.
Mit Radiofrequenz schweißbare Folienstruktur nach Anspruch 22, wobei das säurefunktionelle Polyolefin auf Ethylenbasis einen Acrylsäure- oder Methacrylsäuregehalt von 9 bis 20 Gew.-% hat.
Mit Radiofrequenz schweißbare Folienstruktur nach Anspruch 22, wobei das Polyolefin auf Ethylenbasis ausgewählt ist aus linearem Polyethylen niedriger Dichte, Polyethylen niedriger Dichte, Polyethylen ultraniedriger Dichte, Copolymeren von Ethylen und mindestens einem α-Olefinmonomer, linearen Ethylen-α-Olefin-Copolymeren, im Wesentlichen linearen Ethylen-α-Olefin-Copolymeren und Copolymeren von Ethylen und weniger als 30 Gew.-%, bezogen auf Copolymergewicht, eines polaren Monomers.
Mit Radiofrequenz schweißbare Folienstruktur nach Anspruch 25, wobei das polare Monomer ausgewählt ist aus Vinylacetat, Methylacrylat, Acrylsäure und Methacrylsäure.
Zusammensetzung nach Anspruch 25, wobei das α-Olefinmonomer 3 bis 20 Kohlenstoffatome enthält.
Zusammensetzung nach Anspruch 25, wobei das Polyolefin auf Ethylenbasis ein Ethylen-α-Olefin-Copolymer mit einer Dichte innerhalb eines Bereichs von 0,86 bis 0,94 g/cm³ ist.
Mit Radiofrequenz schweißbare Folienstruktur nach einem der Ansprüche 15 bis 28, die ferner mindestens eine Schicht einer polymeren Zusammensetzung aufweist, die eine dielektrische Verlustziffer von kleiner als 0,1 hat, wenn sie an 27 MHz Strahlung bei einer Temperatur von 23°C ausgesetzt wird.
Mit Radiofrequenz schweißbare Folienstruktur nach einem der Ansprüche 15 bis 28, wobei die Folienstruktur eine Schweißnahtfestigkeit von mindestens 0,52 N/mm (3 pound/inch) aufweist, wenn diese Struktur mit sich selbst unter Verwendung eines Hochfrequenzversieglungsgeräts, das bei 27,12 MHz betrieben wird, versiegelt wird.
Mit Radiofrequenz schweißbare Folienstruktur nach einem der Ansprüche 15 bis 28, wobei die Folienstruktur eine RF-Schweiß- oder -Siegeladhäsionsfestigkeit von mindestens 0,70 N/mm (4 pound/inch) aufweist, wie durch den 180°-Abschälversucht nach ASTM D-903 getestet.
Erzeugnis, das aus einer mit Radiofrequenz schweißbaren Folienstruktur nach einem der Ansprüche 15 bis 31 gefertigt ist, wobei der Gegenstand ausgewählt ist aus Taschen, Behältern, Verpackungen, Stoffen und Teilen für die Automobilinnenausstattung, textilen Laminaten, aufblasbaren Waren, schwimmfähigen Waren, Persennings und Außenzelten.