JPH05503472A - 積層構造物の製造方法 - Google Patents
積層構造物の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
接着性のRF711]PIV可能なグラフトされた重合体及びブレンドを含む積
層構造物技術分野
本発明は 積N構造物を製造する方法を提供する。方法は 接着性のRF加軌可
能な重合体ブレンドを基体表面の少なくとも一部に隣接して置き1重合体ブレン
ドをRF放射(例えばマイクロ波)にかけて、RF7111軌可能なブレンドを
溶融してブレンドと基体との間の結合を行う工程を含む、RF加熱可能な重合体
ブレンドは falエチレン/−酸化炭素(ECOI共重合体及び(baaβ−
エチレン性不飽和ジカルボン酸又は掩水物をグラフトされたエチレン重合体を含
む、
背景技術
加熱の手段として高周波電磁気エネルギー(例えばマイクロa)の使用は、多く
の分野で応用されている進歩した技術である。軌シール可能な積層物の製造にこ
の前動手段を使用することは 工業的に有用であろう、残念なことに、多くのオ
レフィン重合体は、それらが高周波放射(エネルギー)により加熱されるか又は
徐々にのみ加熱されるかの何れかであるので、高周波加熱操作により熱シール可
能ではない、製造組み立てラインでは、早い熱シールが 重要である。
重合体例えばポリエチレン中にブレンドされて、それを電磁気的高周渡エネルギ
ーにより加熱可能にすることのできる添加物(増感剤)例えばタルク、ZnCl
、カーボンブラック ナイロン、酸化鉄などがある。しかし これら添加物は、
成るg用では、避けることが望ましい顕著な肉眼的、物理的又は科学的な効果を
通常有する。その上、増感剤として添加物を使用するとき 不規則な結果を与え
そして積層物の重合体又は他の部分を損傷すらする「ホ・ソトスポット」又はア
ーキングの均一な分布を得ることに直面しなければならなくなる。さらに、重合
体を加熱可能にするために加えることのできる成る化学的修飾がある。高度の配
合で極性基又は極性可能な基を含む成るオレフィン性重合体は、高周波エネルギ
ーにより加熱できるが それらの加熱の能率は、一般に遅く、そのためそれらは
、工業的に有用ではない、極性基を有する成る重合体例えば塩素化ポリエチレン
(CPa エチレン/酢酸ビニル共重合体(EVA) 、ポリ塩化ビニル(PV
C:l 、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)及びポリアミドは、成る周波数の′
R磁気放射で放射加熱されるが、現在工業的に関心のあるより高いm波数では出
来ない。
Laneasterらは 高周波(HF)前転可能な又は熟シール可能なエチレ
ン/−酸化炭米(ECO)共重合体を開示している。米国特許第4847] 5
5.4787194.4766035.4762731.4684576.46
787]3.467+982.4660354.4640865.460194
8及び4600614号における記述参照0例えは、米国特許第4601948
号では、非HFシール可能な重合体は、共重合による一酸化炭素の配合、又は重
合体マトリックス中への一酸化炭素共重合体又はターポリマーのブレンド或はグ
ラフトの何れかによりHFシール可能にできることが述べられている。この特許
は、さらにRFリシール能性及び改善された接着性を有するエチレン −酸化炭
素及びアクリル酸 メタアクリル酸のターポリマーを開示している。
発明の開示
本発明は、積層構造物を製造する方法を提供する。方法は、接着性のRF加前転
能な重合体ブレンドを基体表面の少なくとも一部に隣接して置き 重合体ブレン
ドをRF7j2射(例えばマイクロ、皮)にかけて RF加前転能なブレンドを
溶融してブレンドと基1本との間の結合を行う工程を含む、RF加PA可能な重
合体ブレンドは、(a)エチレン/−酸化炭素(ECOl共重合体及び(bla
β−エチレン性不飽和ジカルボン酸又は普水物をグラフトされたエチレン重合体
を含む。
ECO共重合体及びターポリマーを製造する方法は、 Lancas【erらへ
の米国特許により示されるように周知である。
高周波電磁気放射により加光可緒なこれらECO共重合体は、好意に小割合のI
P1以上のC3−CN#肪族オレフィン又は3−も個の炭素原子を有するエチレ
ン性不飽和有機カルボン酸のヒドロカルビルエステルスは3−8個の炭素原子の
アルカン酸のビニルエステルとともに、エチレン及び−酸化炭素を重合すること
により概して製造される重合体である。これらC3−C8脂肪族オレフィンの例
は、プロピレン ブテン−1,ヘキセン−1,オクテン−1及び4−メチル−ペ
ンテン−1を含む、ヒドロカルビルエステル及びビニルエステルの例は、アクリ
ル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、アク
リル酸2−エチルヘキシル及び酢酸ビニルを含む、ここで使用されるとき、用語
「共重合体」は、エチレン及び−酸化炭素(Co)しこ加えて 20重量%まで
の1種以上のターモノマーを含むターポリマー含む1部分的に水製1ヒされたE
CO共重合体も又用語「共重合体」に含まれる。
米国特許@2495292号は 部分的に水素化されたECO共重合体を形成す
るため己こECO重合体鎖のCo基を水素化する方法を開示している。
ECO共重合体は 概して約05−約50重量%のCo好ましくは約1−約40
重量%のCOそしてさらに好ましくは約5−約30重量%のCoを含む、 EC
O共重合体は、約01−約1000dg/分の範囲の溶融指数(I2)により、
さらに好ましくは約05−約50dg/分のI2により特徴付けられる溶融指数
は。
一般に重合体の分子量に逆比例する。ここで使用されるとき、溶融指数(12)
は、他に述べられていない限り、ASTM D−1238条件E(+90’C1
2Cl2l6に従ってめられる。
エチレンの無水物又はジカルボン酸グラフト重合体よりなる接着剤は1本発明の
ブレンドの成分として製造される。好適にジカルボン性官能基によりグラフトさ
れた重合体は、例えばHDPE、 LDPE、 LLDPE及びECO共重合体
を含む、グラフトされたECO共重合陣は、ブレンドされていない状態で本発明
に従って別に利用でき、重合体ブレンドに似た新規な性質を示す。
不飽和単量体分子をa−オレフィン重合体にグラフトすることは、多数のn許に
開示されている。グラフト化技術は、グラフトされた分子が結合する重合体の性
質を修飾するのに使用されている。以下の特許は、グラフト化に間する従来の技
術の代表である。米国特許第2970129.3177269.3270090
.3873643.3882194.38862274087587.4087
588.4239830.42987+2.4394485号、英国特許第20
81726号及び日本公開第4M (1973)無水物又はジカルボン酸基は、
一般にグラフトされたエチレン重合体の約002−約6重量06好ましくは約O
l−約3重量%最も好ましくは約0.1−約2重量9′oよりなる。
グラフト(ヒに適当なHDPE重合体は エチレンが、ホモ重合するか 又(よ
性質の修飾のために少量のC3−C8α−オレフィンと共重合される方法で、配
位タイプの触媒を用いで製造される 常態で固体の高分子量の重合体である。
それらの音度範囲は 約0940−約0 、965g/Cm3である。しかし、
好ましくは約0945−約0.960g/cm3である。
グラフト化に適当なLLDPE重合体は1通常 約088−約0935g、”c
m3好ましくは約090−約0 、925 g /′Cm3の@囲の密度を有す
る。音度が 多くの部分、1種以上の共単量体として使用される特定なl1以上
のa−オレフィン及び共重合体に配合されるl l1以上のα−オレフィンの量
に依存するであろうことは、当業者にとり周知である。LLDPEを製造するた
めにエチレンと共重合した+f1l1以上−オレフィンは、少量の少なくともJ
徨のC3−C12最も好ましくはC4−C8のα−オレフィンを含み 」−オク
テンが特に好ましい。a−オレフィン井単R陣は、共重合体の約05重量%−約
35重量06好ましくは約1重量%−約20重R9QRも好ましくは約2重量%
−グラフト化された重合体の溶融指数(1,。)は 好ましくは約001−約1
1000d、/分の範囲さらに好ましくは約005−約20dg/分の範囲であ
る。
溶融指数(+、o)は 他に攪示されていない限りASTM D−1238条件
N(190°C/′l 0. Okg)に従ってめられる。
マレイン酸及び被水マレイン酸が好ましい、グラフト単量体として好適な不飽和
ジカルボン酸及び豊水物化合物は 周知である。それらは、共i)酸又は筆水物
であり 例えば米国特許@3873643及び3882194号の無水マレイン
酸、無水ナシ酸、無水メチルナシ酸、無水ヒミ酸、無水メチルヒミ酸、無水7−
ニンドオキソビシグロ[2,2,1]ヘプト−5−2,3−ジカルボン酸、無水
テトラヒドロフタール酸、イタコン酸及びシトラコン酸を含むが、好ましくはマ
レイン酸及び無水マレイン酸を含む、上記の無水物単量体の二階付加物も又使用
できる。フマール酸は、加熱されたとき、水を離して転位して無水マレイン酸を
形成するので、本発明で使用できることを指摘する。
エチレン重合体上への例えば琥珀酸又は無水琥珀酸基のグラフト化は、当業者に
知られた方法により行うことができ、それは、グラフト化を促進するための過酸
化物又は遊離基開始剤を一般に使用して、加熱された重合体と混合したマレイン
酸又は無水マレイン酸を反応させることを含む。
グラフト化は、酸素、空気、ヒドロペルオキシド又は他の遊離基開始剤の存在下
、又は単量体及び重合体の混合物が加熱せずに高いせん断下に保たれるとき、こ
れら物質の本質的に不存存下行うことができる。グラフト共重合体を製造する従
来の方法は、押し出し機械の使用であるが、ブラベンダーミキサー又はバンバリ
ーミキサ−、ロールミルなども又グラフト共重合体を形成するのに使用できる二
輪スクリュー脱揮発押し出し機(例えばベルナー・フライブラー二軸スクリュー
押し出し機)を用いるのが好ましく、ジカルボン酸又はその無水物例えばマレイ
ン酸(又は無水マレインF!りは、溶融温度でエチレン重合体と混合され反応さ
れ、それによりグラフトされた重合体を製造し押出す1例えば、米国特許第47
62890号に5traitらにより記載された方法を参照、得られたグラフト
された重合体は、次に希望に応じてECO共重合体とブレンドされて、例えばト
ライブレンディング及び/又は従来の混合装置例えば押し出し機、ミキサー、ロ
ールミルなどの使用により本発明のブレンドを製造する。
グラフト重合体は、ECO共重合体と実賀的に任意の割合でブレンドできる。
好ましくは、ブレンドは、約5−約50重量部のグラフトされたエチレン重合体
を含み、グラフトされた重合体及びECO重合体の両方の重量部は、合計で10
本発明の新規な重合体ブレンドの接着性は、積層構造物を製造する任意の従来の
方法、例えばホットメルト方法、基体上のその場の接着剤の後加熱、担体例えば
溶媒又は水性担体中の分散物又は非溶媒中の接着剤の塗布により利用できる。
接着剤は、頴似又は非類似の物質の基体を結合するのに使用できる0重合体ブレ
ンドは、好ましくはマイクロ波の範囲又はその付近の高周波で熱シート可能であ
る有利な性質を有するフィルムとして使用される。
本発明の重合体ブレンドは、重合体の成分と、光学的及び物理的性質において全
く同様である。
ここで使用されるとき、用語「高周波j又はrRFJは、O,l−31−3O0
00の!磁気エネルギー周波数に関する。これは、本発明で特に関心のあるラジ
オ周波数範囲(1300MHz)及びマイクロ波周波数範囲(300−1000
0MHz)を含み、特にラジオ周波数範囲に関心がある。
この技術の使用は、高速及び/又は非破壊シールが要求される包装を含み、例え
ば高周波活性化接着フィルム、押し出しコーティング、成形、減面包装、反応種
ポーチ、サンドウィンチバッグのよっな使用におけるホットメルト、フオーム、
ファブリソゲ又はフィルム層の積層、粉末成形などが挙げられる。その上、本発
明は、連続押し出し機又はバッチ押し出し機を含むRF押し出し機に使用するの
に適した重合体を提供する。ワイヤー及びケーブルコーティングは、本発明によ
り連続RF押し出し機に応用できる。
マイクロ波シールの適用は、マイクロ波シール可能なプラスチックバッグ、歯磨
きチューブ、シャンプーチューブ及びバルブバッグを製造するのに特に有用であ
る。
高周波電磁気エネルギー波による加熱の利2点は、以下のものを含む。早いしか
も有効な加熱、弱い熱伝導体例えば紙又はカードボード外装物を通して加熱する
能力、エネルギー人力の効率的な使用に基づく好ましい経済性、大きな表面積を
シールし、結合し又は積層する能力、全積層構造物を加熱することなくz択され
た局所的な部位をシールする能力、そして水分がエネルギーと結合して結合のた
めの熱を提供するマイクロ波シールにおける湿った表面をシールする能力。
シールする速度は、Lancasterらの米国特許第4601948号に見出
される式を利用して決められる。
本発明のジカルボン酸官能基含有EC○重合体及びブレンドに関する利点は、米
国特許第4601948号のインター重合したモノカルボン酸官能基を含むブレ
ンド及びECO重合体に比較して、酸型量体の非常に減少した濃度で、アルミニ
ウム及びPVDCについて同様な接着力である。これに関する製造の利点は、例
えばより腐食性且つより多くの酸を含む流れを処理するのに一般に要求されるよ
り高価な装置に比較して、低下した材料コスト及び非常に低下した装置コストを
含む。
実施例
実施例 1−10
無水マレイン酸をグラフトしたECO共重合体(EC○−g−MAH)を以下の
ようにして製造した。
9.91dg/分の溶融指数(12)を有するECo共重合体は、ベルナー・ブ
ライダー二軸スクリユー脱揮発押し出し機を用いて、0.03:lの過酸化物対
無水物の重量比で、メチルエチルケトン(無水マレイン酸の50重量%)及び2
.5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルベルオキシル)ヘキセ−3−インの
溶液中で無水マレイン酸(1,54phr)とともに押出した。押し出し機の加
熱帯の温度プロフィルは、105.8g/分の通過量で、180℃、200℃、
190’C1165℃であった。無水マレイン酸の最後の配合濃度は、0.5重
量%(滴定により測定)であり、1.09dg/分の最後の溶融指数(■、)で
あった。
177℃の平均温度で25.4mmの押し出し機を用いて、1.4kgのサンプ
ルの上記の無水マレイン酸グラフト重合体は、トライブレンドされ、次に未グラ
フトECO共重合体と溶融ブレンドされて重合体ブレンドを生成した0本発明を
具現するグラフトした重合体及びそのブレンドのマイクロ′eL感受性をめるた
めに、表Iに以下に示される各サンプル20gを、直径L9cmのポリ(テトラ
フルオロエチレン)蒸発皿に置き、そしてこれらは2450Hzの周波数を有す
るLitton Minuしe Masterマイグロ波オーブンに入れた。
「高」の目盛りを各テストに使用し、全てのペレットを溶融する滞留時間を記録
した。
実施例 11.−16
本発明のグラフトした重合体及びブレンド(実施例1−1Oの記述を参照)のR
Fリシール能性をめるために、2.3.8mmX30.5cmの真鍮シール電極
をfMkそして20−20−4O(RF)の周波数範囲で操作するCa1.1a
−han 1−1/2KW高周波電子発生器を以下のシール実験に利用した0表
Hの重合体材料がら吹き込み成型された厚さ0.04−0.06mmのフィルム
を、種々の滞留設定(シール時間〕及び電力の設定で、上記のRFシーラーを使
用して放射した。ユニットは、約27MHzに設定された。シールは検査され、
シールは、2枚のシートの材料が、フィルムのそれぞれを裂くことなくシールし
た声、で分離できなかったとき、なされたものと考んた1表■は、いかにジカル
ボン酸官能基によりグラフトされたECO共重合体がそれらの元来のRFシール
性を保持し、そしていかにRFシールができながったHDPE−g−MARのよ
うなジカルボン酸官能基をグラフトされたエチレン重合体に未グラフトECO共
重合体を付加することは、この性質を獲得した。
最もシールするのが困難な重合体サンプル(実施例16)でも、40?らの電力
の設定で、僅か2秒のシール4間を要したに過ぎなかった。このサンプルは、も
ちろん、最小の一酸化炭素濃度を有した。
実施例 17−34
フィルムは、50.8mmの円形のダイ及び19mmのスクリューを有するK1
11ion吹き込み成型フィルムユニットを用いて、厚さ0.04mmで、実施
例1−10に記載されたよつにHDPE−g−MAH及び未グラフトECOのブ
レンドから製造された。フィルムを、種々の基体に対する接着テストに使用した
。それらの結果が以下の表mに示されている接着テストは、9個の加熱帯を有す
るAskco熱シールユニットを使用して、厚さ0.04mmのナイロン−6注
型フィルムに、テストされるべき重合体サンプルのフィルムをシールすることを
含んだ、加熱帯の温度のプロフィルは、121℃、132℃、143℃、154
℃、166℃、177℃、188℃、199℃及び210℃であった。テストさ
れた重合体サンプルのフィルム及び関心のある基体の積層物は、テストフィルム
のはがれ強さを帯の温度に対して記録されるように構築された。In5t;−r
onテスト装置は、積層物をはがしさることにより各帯の温度で最後のはがれ強
さを測定した。積層物は、サンプル重合体ブレンドから吹き込まれ成型された接
着フィルムである頂部の層、Myl arフィルム離型剤である他の層及びKr
aftペーパー(支持のため)である底部の層を有した。構造物は、0. 28
MPaの圧力で6秒間各帯で示された温度でAskcoユニットでシールされた
9表mは、ナイロン−6がテスト基体である帯の温度に対して3種の異なる組成
物のECO共重合体中のHDPE−g−MAHの二、三の濃度の接着強さを示す
、表mは、別々の成分のそれぞれよりも、ブレンドされた重合体に関する低いシ
ール温度でナイロン−6に対するより良い接着シールを示す。
実施例 35−52
フィルムは、実施例17−34に記載されたフィルム吹き込み成型装置を用いて
、0.04mmの厚さで、実施例1−10に記載されたようにHDPE−g−M
AH及び未グラフトECOのブレンドから製造された。その結果は以下の表■に
示される接着テストは、6個の加熱帯を有するH3T−09Askco熱シール
ユニツトを使用して、厚さ0.13mmのPVDCに、重合体サンプルのフィル
ムをシールすることを含んだ、加熱帯の温度のプロフィルは、121℃、132
℃、143℃、154℃、166℃及び177℃であった。最後の3個の帯は、
177℃より高い温度におけるPVDCの分解により使用しなかった。PVDC
基体への接着に関する重合体ブレンドサンプルをテストするやり方は、実施例]
−7−34に記載されている。表■は、別々の成分の何れよりもブレンドされた
重合体に関する低いシール温度でPVDCへのより良好な接着シールを示す。
実施例 53−57
シートは、ECO−g−MAH及びそれと未グラフトECOとのブレンドから注
型され(実施例1−1Oの記載参照)、そして接着テストは、以下のやり方に従
って室温で広範囲の基体を用いて行った。177℃に設定された2枚の平板及び
水冷された2枚の平板を有する22.9cmX15.2cmの圧縮成型機で、0
.64mmのプラークの接着のためにテストされるべき材料を成型した。I!!
切な量の成型されるべき材料を、2枚のM y l a rシートの間次に2枚
の金属支持プレートの間で0.64mmの型に入れた。樹脂及び型を含む支持プ
レートを、圧縮成型機の177℃の平板の間に置き、そして平板を閉じ、1分間
加圧することなく加熱した0次いで、68.9MPaの平板圧を1分間加凡た。
Mylarを取り除き、重合体を、清潔な硬い表面で剃刀の刃を用いて型から切
断した。
成型した試料(22,9cmX15.2cm)を、テスト試料及び基体の間に交
差するやり方で中心に置かれたM y 1 a rフィルムタブ(7,6cmX
22゜9cm)を有する基体(少なくとも22.9cmX15.2cm)につい
て置き、約3.8cmのタブが、形成されたEサンドウィッチ」の各側から突き
出したままにした0次に、M y 1 a rフィルム(30,5cmX30.
5cm)を試料/基体のサンドウィッチ及び鋼支持プレートの各個に置き、そし
てMylarフィルムのそれぞれについて置いた。(’Myla7は、ポリエチ
レンテレフタレートに関する周知のduPont、の商標である。)上記のサン
ドウィッチ構造物は、圧縮成型機の加熱(177℃)平板の間に置き、直ぐに6
8.9MPaに加圧し、そして2分間保持した。この後、サンドウィッチを加熱
平板から取出し、2分間冷えた平板の間に置いた。サンドウィッチをプレスから
取出し、My−1arフイルムを重合体/基体積層物の各個から取り出した。
積層物を次に5枚の2.5cmの等しい幅の片に樅に切断した。5枚のテスト片
のそれぞれを、手により僅かに引きはがし、そしてIn5tron引張りテスタ
ーに載せた(締め付けた)、In5tronを5. 1−7.6cmの引張り速
度で動かした。5枚のはがしたものの乎均を、接着強さとして採用した。
以下の基体を用いた。
1、電解クロムW覆鋼(ECC5)は、O;15mmの厚さを有した。二の鋼は
、ポリオレフィンの応用に広く使用されているために選んだ。
2、アルミニウムは、厚さ0. 13mm、 [45,7cm及びグレード30
03−HI3の巻いたアルミニウムであった。
3、tIAは、110合金の十分に焼き入れした純度99%の厚さO,13mm
の銅のシートであった。
4、ナイロン−6は、厚さQ、17mm及び幅50.8cmのフィルムであった
。
5、配向したポリプロピレン(pp)フィルムは、厚さ0.13mm及び[15
,2cmであった。
表Vからのデータは、別々の成分からそれぞれ製造されたサンプルに比べてブレ
ンドされた重合体サンプルの鋼、アルミニウム、鋼及びPVDCへの相乗的に改
良した接着を示す。
実施例 5g−74
シートを、HDPE−g−MAH及びそれと未グラフトEC○とのブレンドから
注型され(実施例1−10の記載参照)、そして接着テストを、実施例53−5
7のやり方に従って室温で種々の基体で行った。
接着データは、表■に提供される。ECOとブレンドされたHDPE−g−MA
Hのフィルムにより良好な良い接着はがれ強さを示す基体材料、ブレンドされた
重合体フィルムは、接着の破損をこつむる成分HDPE−g−MAHについては
っきりと達成されたのより低いは力[れ俸さで明確に失敗したことを、データか
ら認めるべきである。
本発明の前記の記述は説明のためであり、そして種々の変更は、それを読んで当
業者にとり明らかになるだろう請求の範囲の範囲及び趣旨内に入る全てのこれら
の変更は、それにより包含されることを目的としている。
本発明は、高周波加熱可能な重合体ブレンドを用いて、該重合体ブレンドと基体
の表面との間の結合を行って積層物を製造する方法に関する。
補正書のg’ffl拙書(特許法第184条の7第1面平成4年6月23日
Claims (7)
- 1.(a)請求項1から種々特徴付けられる重合体ブレンドを基体表面の少なく とも一部に隣接して置く工程、 (b)重合体ブレンドをRF周波数放射にかけて、重合体ブレンドを溶融し、そ れにより重合体ブレンドと基体表面との間の結合を行う工程、(c)重合体ブレ ンドを冷却して、それにより基体表面と接着的に接触する重合体ブレンドを有す る積層構造物を得る工程よりなる積層構造物を製造する方法。
- 2.請求項1の方法により製造された積層構造物。
- 3.(a)エチレン性不飽和ジカルボン酸又はその無水物とブレンドされたエチ レン−−酸化炭素共重合体 よりなるRF加熱可能な重合体ブレンドとしての特徴を有する請求項1の方法で 使用されるのに適した重合体ブレンド。
- 4.該共重合体は、約0.5−約50重量%もの一酸化炭素を含む請求項1の重 合体ブレンド。
- 5.該グラフト単量体は、約0.02−約6重量%のグラフトされたエチレン重 合体を含む請求項1の重合体ブレンド。
- 6.該エチレン重合体は、無水マレイン酸とグラフトされたHDPE、LDPE 、LLDPE又はECO共重合体である請求項1の重合体ブレンド。
- 7.前記のグラフトされたエチレン重合体は、約0.01dg/分−約1000 dg/分の溶融指数(I10)を有する請求項1の重合体ブレンド。
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