阅读说明：本技术 用于垃圾袋的改进弹性和刚度性能的塌缩泡拉带膜 (Collapse blister strip film with improved resiliency and stiffness properties for trash bags ) 是由 F·G·哈马德 M·比尔根 J·E·鲁伊斯 J·W·霍布森 于 2018-12-05 设计创作，主要内容包括：本公开的实施方案针对用于垃圾袋的拉带,其中所述拉带包含具有改进刚度的多层聚合物膜。(Embodiments of the present disclosure are directed to a draw tape for a trash bag, wherein the draw tape comprises a multi-layer polymeric film having improved stiffness.)

用于垃圾袋的改进弹性和刚度性能的塌缩泡拉带膜

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年12月27日提交的美国临时专利申请序列第62/610,670号的权益，所述申请特此以全文引用的方式并入。

技术领域

本文描述的实施方案总体上涉及具有拉带的垃圾袋，并且具体地涉及具有塌缩拉带的垃圾袋。

背景技术

在商用消费者垃圾袋中通常发现两种类型的拉带：标准拉带和弹性拉带。由于拉伸强度不足，在商用衬里袋中发现的两种类型的拉带均具有缺点。举例来说，典型的标准拉带难以打开，并且常常不能抓握垃圾桶，这导致在将重物放在袋中时袋塌缩到容器中。同时，典型的弹性拉带可抓握垃圾桶并支撑重量；然而，它们的弹性引起额外的问题，这些问题由于拉伸强度和弹性恢复率之间的不平衡而引起。举例来说，当垃圾袋达到一定重量时，大多数弹性拉带会大范围地过度伸长。因此，由于这种不平衡，弹性拉带也给消费者带来不便。

因此，既需要具有改进的拉伸强度的标准拉带，也需要具有改进的拉伸强度的弹性拉带，同时维持具有足够弹性恢复率的平衡。

发明内容

本公开的实施方案通过提供包含多层膜的拉带来满足那些需求，这有助于通过塌缩结构在膜中引起更多的纵向(MD)取向来改进拉伸性能。MD取向的这种增加允许改进拉伸性能或刚度。

另外，对于包含弹性组分的拉带的实施方案，这允许在弹性恢复性能的退化最小的情况下改进拉伸性能。这些结果可通过以线性低密度乙烯基聚合物(LLDPE)的形式添加更多量的弹性材料来实现，这在不影响材料刚度的情况下诱导更大的弹性恢复率。

根据本公开的至少一个实施方案，提供了包含多层膜的拉带。多层膜包含至少两个外层和设置在两个外层之间的至少两个芯层。每个芯层包含密度小于0.905g/cc且熔体指数(I₂)为0.2至5.0克/10分钟的超低密度聚烯烃，并且每个外层包含密度为0.940至0.970g/cc且熔体指数(I₂)为0.01至5.0克/10分钟的高密度乙烯基聚合物。

根据另一个实施方案，拉带为包含至少4层的两层多层膜，其中两层多层膜包含两个外层和两个芯层，并且两个芯层彼此粘附。

根据又一个实施方案，拉带的外层包含表层以及设置在表层和芯层之间的子表层，其中子表层包含高密度乙烯基聚合物，并且表层包含线性低密度乙烯基聚合物，当根据ASTM D792测量时其密度为0.905至0.920g/cc，而当根据ASTM D1238测量时其熔体指数(I₂)为0.2至10.0克/10分钟。此外，根据此实施方案，拉带为包含至少6层的两层多层膜，其中两层多层膜包含两个表层、两个芯层和两个子表层，并且两个芯层彼此粘附。

根据另一个实施方案，提供了一种制造塌缩吹塑膜的工艺。所述工艺包含形成多层吹塑膜泡，其中多层吹塑膜泡包含外层和芯层。芯层包含密度小于0.905g/cc且熔体指数(I₂)为0.2至5.0克/10分钟的超低密度聚烯烃，并且外层包含密度为0.940至0.970g/cc且熔体指数(I₂)为0.01至5.0克/10分钟的高密度乙烯基聚合物。所述工艺还包含使多层吹塑膜泡塌缩以形成塌缩吹塑膜，其中塌缩吹塑膜包含具有至少4层的两层多层膜。此外，根据此实施方案，两层多层膜包含两个外层和两个芯层，并且两个芯层彼此粘附。

在以下

具体实施方式

中结合附图更详细地描述了这些和其它实施方案。

附图说明

以下对本公开的具体实施方案的详细描述在结合以下图示阅读时可最佳地理解，其中相似的结构用相似的附图标记指示，并且其中：

图1为本发明膜1的示意图，所述膜为具有两层塌缩结构的拉带。

图2为本发明膜2的示意图，所述膜为具有三层塌缩结构的拉带。

图3为根据本公开的一个或多个实施方案的垃圾袋的示意图。

图4为比较膜1的示意图，所述比较膜为具有两层分离结构的拉带。

图5为比较膜2的示意图，所述比较膜为具有三层分离结构的拉带。

图6为将比较膜1和本发明膜1的拉伸曲线进行比较的图示。

图7为将比较膜2和本发明膜2的拉伸曲线进行比较的图示。

图8为将比较膜2和本发明膜2的弹性恢复率曲线进行比较的图示。

图9为展示HDPE树脂对塌缩泡膜的弹性恢复率的影响的图示。

图10为展示HDPE对塌缩膜的拉伸性能的影响的图示。

具体实施方式

现在将描述本申请的具体实施方案。然而，本公开可以不同的形式体现，并且不应解释为限于本公开中阐述的实施方案。相反，提供这些实施方案使得本公开将为彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本主题的范围。

术语“聚合物”指通过聚合相同或不同类型的单体而制备的聚合化合物。因此，通用术语聚合物涵盖术语“均聚物”，其通常指仅由一种类型的单体制备的聚合物，以及“共聚物”，其指由两种或更多种不同单体制备的聚合物。如本文所用，术语“互聚物”指通过至少两种不同类型的单体的聚合而制备的聚合物。因此，通用术语互聚物包括由两种以上不同类型的单体(如三元共聚物)制备的共聚物或聚合物。

“聚乙烯”或“乙烯基聚合物”应意指包含大于50重量％的衍生自乙烯单体的单元的聚合物。这包括聚乙烯均聚物或共聚物(意指衍生自两种或多种共聚单体的单元)。

如本文所用，“聚丙烯”或“丙烯基聚合物”指以聚合形式包含的聚合物，指包含大于50摩尔％的衍生自丙烯单体的单元的聚合物。这包括丙烯均聚物、无规共聚物聚丙烯、抗冲共聚物聚丙烯、丙烯/α-烯烃共聚物和丙烯/α-烯烃共聚物。

如本文所用，“多层拉带”指具有通常经由共挤出形成的多层的结构。相比之下，“单层拉带”为单层膜。

现在将详细参考包含多层膜的各种拉带的实施方案。参考图1，多层膜100包含至少两个外层110以及设置在两个外层110之间的至少两个芯层120。每个芯层120包含密度小于0.905g/cc且熔体指数(I₂)为0.2至5.0克/10分钟的超低密度聚烯烃。

如下所述，超低密度聚烯烃需要足够的粘性，使得当吹塑膜泡塌缩时，两层超低密度聚烯烃在接触时会彼此粘附。认为各种组合物适用于超低密度聚烯烃。在一个实施方案中，超低密度聚烯烃包含超低密度丙烯基聚合物。在另外的实施方案中，超低密度聚烯烃包含超低密度乙烯基聚合物。在一些实施方案中，超低密度聚烯烃包含超低密度丙烯基聚合物和超低密度乙烯基聚合物的组合。在另外的实施方案中，超低密度聚烯烃可包括弹性体和塑性体。

预期了用于生产超低密度聚烯烃的各种方法。举例来说，超低密度乙烯基聚合物可使用齐格勒-纳塔催化剂；单中心催化剂(包括但不限于双金属茂催化剂和几何形状受限催化剂)；和后茂金属分子催化剂来生产。

尽管以上公开了超低密度聚烯烃的密度小于0.905g/cc，但是超低密度聚烯烃的密度可小于0.900g/cc。在一些实施方案中，超低密度聚烯烃的密度为0.850g/cc至0.905g/cc，或0.880至0.900g/cc。此外，在一些实施方案中，超低密度聚烯烃的熔体指数(I₂)为0.2至2.0克/10分钟。在一些实施方案中，超低密度聚烯烃的熔体指数(I₂)为0.2至1.5克/10分钟。

再次参考图1，每个外层110可包含密度为0.940至0.970g/cc且熔体指数(I₂)为0.01至5.0克/10分钟的高密度乙烯基聚合物。在另外的实施方案中，高密度乙烯基聚合物的密度可为0.940至0.960g/cc。在一些实施方案中，高密度乙烯基聚合物的密度可为0.940至0.950g/cc。此外，高密度乙烯基聚合物的熔体指数(I₂)可为0.01至1.0克/10分钟。在一些实施方案中，高密度乙烯基聚合物的熔体指数(I₂)可为0.01至0.5克/10分钟。

预期了用于生产高密度乙烯基聚合物的各种方法。举例来说，高密度乙烯基聚合物通常使用齐格勒-纳塔催化剂、铬催化剂或单中心催化剂(包括但不限于双金属茂催化剂和几何形状受限催化剂)来制备。

还可预期，多层膜包括小于35重量％的高密度乙烯基聚合物。在一些实施方案中，多层膜包括小于30重量％的高密度乙烯基聚合物。此外，在一些实施方案中，多层膜包括小于25重量％的高密度乙烯基聚合物。不受理论限制，使用小于35％的高密度乙烯基聚合物产生伸长率(％)的改进，如将在下面进一步说明。

再次参考图1，多层膜100为包含两个外层110和两个芯层120的两层多层膜。两个芯层200彼此粘附130。

参考图2，其它实施方案针对包含至少6层的两层多层膜200。像图1的多层膜一样，两个芯层120彼此粘附130。在此实施方案中，每个外层110包含表层112以及设置在表层112和芯层120之间的子表层114。根据此实施方案，子表层114包含上面提到的高密度乙烯基聚合物。

在一个或多个实施方案中，表层112包含线性低密度乙烯基聚合物，当根据ASTMD792测量时其密度为0.905至0.920g/cc，而当根据ASTM D1238测量时其熔体指数(I₂)为0.2至10.0克/10分钟。在另一个实施方案中，线性低密度乙烯基聚合物的密度为0.910至0.920g/cc，或0.915g/cc至0.920g/cc。还可考虑，线性低密度乙烯基聚合物的熔体指数(I₂)可为0.2至2.0克/10分钟，或0.2至1.5克/10分钟。

预期了用于生产线性低密度乙烯基聚合物的各种方法。举例来说，线性低密度乙烯基聚合物树脂可使用齐格勒-纳塔催化剂体系制备，使用单中心催化剂(包括但不限于双金属茂催化剂和几何形状受限催化剂)制备的树脂，以及使用后茂金属分子催化剂制备的树脂。线性低密度乙烯基聚合物树脂可包括线性、基本线性或非均相的乙烯基聚合物共聚物或均聚物。线性低密度乙烯基聚合物树脂可含有比LDPE更少的长链支化，并且包括基本上线性的乙烯基聚合物，所述乙烯基聚合物在美国专利第5,272,236号、美国专利第5,278,272号、美国专利第5,582,923号和美国专利第5,733,155号中进一步定义；均匀支化的线性乙烯聚合物组合物，如美国专利第3,645,992号中的那些；非均匀支化的乙烯聚合物，如根据美国专利第4,076,698号中所公开的工艺制备的那些；和/或其共混物(如在美国专利第3,914,342号或美国专利第5,854,045号中公开的那些)。线性低密度乙烯基聚合物树脂可使用本领域已知的任何类型的反应器或反应器配置，经由气相、溶液相或淤浆聚合或其任何组合来制备。

在一个或多个实施方案中，多层膜包含大于65重量％的线性低密度乙烯基聚合物。在一些实施方案中，多层膜包括大于70重量％的线性低密度乙烯基聚合物。此外，在一些实施方案中，多层膜包括小于80重量％的高密度乙烯基聚合物。

现在将详细参考本公开的各种热塑性袋实施方案。参考图3，热塑性袋10包含第一面板12和第二面板22。第一面板12和第二面板22在第一侧边缘18、第二侧边缘28和底部边缘29处结合在一起。第一面板12和第二面板22沿第一面板12和第二面板22的相应顶部边缘19限定开口25。此外，由于第一面板12和第二面板22沿底部边缘29结合，第一面板12和第二面板22限定了封闭端。

再次参考图1，热塑性袋10包含沿顶部边缘19形成的折边16。如图所示，折边16为从第一面板12和第二面板22的顶部边缘19延伸且密封到第一面板12和第二面板22的热塑性折板，使得在第一折边16以及第一面板12和第二面板22之间形成通道。

热塑性袋10包含设置在通道内的拉带40，所述拉带包含上述多层膜，例如多层膜100或多层膜200。此外，第一面板12具有沿第一面板12的顶部边缘19定位的第一拉带进入孔17。第一拉带进入孔17允许从外部进入拉带40。第二面板22具有沿第二面板22的顶部边缘23定位的第二拉带进入孔27。第二拉带进入孔27允许从外部进入拉带40。

生产热塑性袋的各种方法对本领域普通技术人员来说为熟悉的。举例来说，第一面板12、第二面板22和拉带40可经历表面改性，如环轧、纵向取向(MDO)拉伸或压花。

现在将详细参考用于制造这些多层膜的工艺的本公开的各种实施方案。在一个或多个实施方案中，所述工艺包含形成多层吹塑膜泡，并且使多层吹塑膜泡塌缩以形成塌缩吹塑膜。塌缩吹塑膜包含两层多层膜，所述两层多层膜包含图1的4层结构或图2的6层结构。

对于图1的4层两层多层膜，制造塌缩吹塑膜的工艺包含形成多层吹塑膜泡，其中多层吹塑膜泡包含外层110和芯层120。接下来，所述工艺包含使多层吹塑膜泡塌缩以形成塌缩吹塑膜，其中塌缩吹塑膜包含两层多层膜，所述两层多层膜包含至少4层。此外，根据此实施方案，两层多层膜包含两个外层和一个两层芯层，并且两个芯层彼此粘附。图2的两层膜的工艺类似于图1的两层膜的工艺，不同之处在于，使3层膜塌缩以产生6层膜。

关于吹塑膜工艺中的塌缩技术的更多细节描述如下。在吹塑膜工艺期间，形成了从挤出机模具挤出的塑料膜，并将其向上拉到辊隙上的塔。在辊隙处，泡塌缩成两层平板状。相比之下，在常规吹塑膜工艺中，在将膜缠绕到芯上之前，将两层膜的侧面修整掉，以将膜分成两个单独的单层膜。在塌缩吹塑膜工艺中，如本公开的工艺实施方案，膜没有分离——这意指两层膜保持塌缩。因此，吹塑膜需要为最终制品厚度的一半，因为两层技术将给出所需的量规。超低密度聚烯烃在泡内侧的粘性确保一旦泡塌缩时的粘附性。这使得两层膜难以分离，这对于这些应用很重要。不受理论束缚，用于生产两层膜的这种塌缩工艺赋予了改进的拉伸强度。此外，对于也包含弹性组分的实施方案，用于生产两层膜的这种塌缩工艺赋予拉伸强度或刚度以及弹性恢复率之间的改进平衡，这在拉带应用中为非常理想的。

在其它实施方案中，吹塑膜泡是经由吹胀比为1至4或1至3的吹塑膜挤出生产线形成。此外，多层吹塑膜泡步骤的形成可在350至500°F或375至475°F的温度下进行。输出速度可为10至50磅/小时/英寸，或10至30磅/小时/英寸。

测试方法

测试方法包括以下内容：

熔体指数(I₂)

为了测试熔体指数(I₂)，根据ASTM D1238在190℃，2.16kg下测量乙烯基聚合物样品。这些值以克/10分钟报告，相当于每10分钟洗脱的克数。丙烯基聚合物根据ASTM D1238在230℃和2.16kg下进行测量

密度

为了测试密度，根据ASTM D4703制备和测量样品，并且以克/立方厘米(g/cc或g/cm³)报告。使用ASTM D792、方法B在样品压制的一小时内进行测量。

刚性和刚度

为了测试膜的刚性和刚度，根据ASTM D882进行标准拉伸测试，并且根据应变计算了载荷。为了获得良好的载荷承载能力，拉带要求高屈服和断裂应力。根据ASTM D882，以每分钟20英寸(in/min)的十字头速度确定在纵向(MD)和横向(CD)两者上的拉伸特性。样品的宽度为1英寸且初始抓握间距的宽度为5英寸。将样品在Instron仪器上以20英寸/分钟的速度连续沿MD拉动，直至断裂。断裂应力记录为拉伸强度。

弹性恢复率

为了测试拉带的弹性恢复率，进行了改进的Stretch Hooder 60/40实验(ASTMD4649)，并且使用收集的数据计算弹性恢复率。改进的Stretch Hooder60/40实验包括将应变百分比从60/40更改为12/6，将保持时间从15秒更改为2秒。在进行实验时，首先在Instron上以5英寸的间距将1英寸的样品条沿纵向拉动。其次，将样品以20英寸/分钟的速度拉伸至12％的应变并保持2秒。然后，十字头恢复到6％的应变并保持100秒。第三，应变返回到0％。然后使用从该实验收集的数据计算膜的弹性恢复率。

自由收缩率

为了测试膜的无约束双轴热收缩率，使用热油浴测试。热油浴包含硅油并维持在140℃的温度。自由收缩率测量在半结晶聚合物的无定形区域中聚合物取向的量。报告了热油浴测试的结果，并且将预切样品的纵向(MD)和横向(CD)尺寸变化进行比较。

实施例

以下实施例说明了本公开的特征但并不旨在限制本公开的范围。以下实验将多层塌缩拉带与经由分离生产的拉带的性能进行了比较。

材料

对于这些实验，在下表1中提供了在多层实验膜中使用的以下树脂及其材料特性。

表1.树脂

制造条件

所有膜均使用实验室技术5层实验室级吹塑膜(Lab Tech 5-Layer Lab-ScaleBlown Film)工艺制造。所述生产线配备有一个3英寸的模具，根据泡稳定性，模具周长的预计比输出为3至6磅/小时/英寸。加工条件总结在下表2中。

表2.制造条件

吹胀比	1:2
		量规(mil)	3.0
量规变化(％)	8.7
		熔体温度(°F)	410–480

为了确定塌缩膜显示出优于传统制造技术的结果，使用相同的树脂以相同的规格在不塌缩膜的情况下制备比较膜。

表3.拉带组合物

实验结果

为了确定泡塌缩时对刚度的影响，在吹塑膜生产线上制备了上述四个最终厚度为3密耳的样品。将每个比较膜切开并分成两个独立的膜，将其缠绕在单独的辊上，并且使每个本发明膜塌缩在管中并收集在一个辊上。

塌缩膜和分离膜之间的MD收缩率的比较总结在下表4中。

表4.塌缩膜与分离膜的MD收缩率

膜	MD收缩率(％)
		比较膜1	66.1
本发明膜1	73.4
		比较膜2	65.6
本发明膜2	72.5

表4中的自由收缩数据表明，与分离膜相比，塌缩泡膜具有更高的收缩率。对于塌缩泡工艺，与相同厚度的单层分离膜相比，拉伸性能更高。塌缩泡技术可提供更高的拉伸性能，因为随着挤出膜变薄，聚合物链的MD取向会增加。因此，在塌缩泡形式下，最终产品中的聚合物链具有较高的取向，从而允许改进拉伸性能。

对于具有弹性组分的膜(如本发明膜2)，另一个重要方面是较高的MD取向不会损害弹性恢复率，这对于各种应用中的功能性至关重要。因此，与分离膜相比，塌缩泡膜具有更好的拉伸弹性恢复率平衡。

现在参考图6(其将本发明膜1和比较膜1进行比较)，以及图7(其将本发明膜2和比较膜2进行比较)，拉伸曲线显示了与分离膜相比，泡塌缩对拉伸强度的影响。在图6中，当泡塌缩时，本发明膜1的拉伸曲线向左移动，这导致相对于伸长率更高的载荷值。类似地，在图7中，当泡塌缩时，本发明膜2的拉伸曲线也向左移动，这也导致相同的效果。对于这两个值，断裂应力为相同的，这是必不可少的，因为断裂应力为拉带的一个重要参数。这种偏移是由于泡塌缩时膜取向的增加所致。为了在泡塌缩时保持相同的最终厚度，在吹塑膜生产线上需要将膜厚度减少一半。将膜厚减少50％意指拉伸比增加了一倍。拉伸比表示膜取向，并且与膜的厚度成反比。

现在参考图8(其将发明膜2和比较膜2进行比较)，可确定维持弹性恢复率为重要的。尽管本发明膜2表现出改进的拉伸强度(如以上图7中所述)，但是弹性恢复率仍与比较膜2相当。这允许弹性恢复率和拉伸性能之间的更大平衡——这种平衡难以实现。

还测试了一定范围的百分比高密度乙烯基聚合物(DGDC-2100)，以确定本发明胶膜2的最佳膜结构。DGDC-2100的总层厚度的百分比总结在下表5中。

表5.高密度乙烯基聚合物(DGDC-2100)的百分比

现在参考图9，显示了高密度乙烯基聚合物树脂对塌缩泡膜的弹性恢复率的影响。正如预期，当高密度乙烯基聚合物(DGDC-2100)的比例在膜结构中增加时，弹性恢复率就会降低。这是因为，当整个结构中的弹性组分(ELITE^TMAT6410)少于45％时，则没有足够的弹性来平衡刚度。因此，为了在满足弹性恢复率要求的同时还实现拉伸性能的必要平衡，在整个膜结构中需要35％或更少的DGDC-2100。

现在参考图10，显示了高密度乙烯基聚合物树脂对塌缩膜的拉伸性能的影响。减少本发明膜2的共挤出结构中的DGDC-2100的量会降低了膜的刚度。然而，在膜结构中具有60％的DGDC-2100可给出足够的刚度以满足载荷承载要求。

在DGDC-2100的较低范围内，拉伸性能满足易开和高断裂载荷标准，如使用图10中标有A和B的星形所示。从屈服载荷的角度来看(使用标有C的星形示出)，膜结构略低于所需值，这将导致在承载载荷时的较高伸长率。

总之，本公开的实施例显示了塌缩拉带相对于常规拉带解决方案的区别。膜中较高的取向提供了改进的载荷承载能力，同时又不损害弹性恢复率。这些膜平衡了两个方面，既可改进物理特性，又可满足拉带的必要要求。

显然，在不脱离所附权利要求书中所限定的本公开范围的情况下，可进行修改和变化。更具体地，尽管本公开的一些方面在本文中被确定为优选的或特别有利的，但可预期，本公开不必限于这些方面。