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TWI531511B - 可撓性中型散裝容器 - Google Patents

可撓性中型散裝容器 Download PDF

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TWI531511B
TWI531511B TW098111212A TW98111212A TWI531511B TW I531511 B TWI531511 B TW I531511B TW 098111212 A TW098111212 A TW 098111212A TW 98111212 A TW98111212 A TW 98111212A TW I531511 B TWI531511 B TW I531511B
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pet
stretching
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flexible intermediate
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TW098111212A
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TW201008840A (en
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薩伊 巴西爾
伊恩 麥克米倫 沃德
格倫 彼德 湯普森
安東尼 保羅 昂溫
Original Assignee
沙地基本工業公司
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Description

可撓性中型散裝容器
本發明係關於可撓性中型散裝容器(FIBC),其具有由聚合物條編織而成之可撓性編織物製成之本體及一體成形的操作構件。
此等可撓性中型散裝容器被記載於,例如,「工業材料用包裝、容器」,Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology,John Wiley & Sons,Inc(2005);可由DOl:10.1002/0471238961.0315142015121919.a01.pub2取得。
FIBC被界定為具有由可撓性織物製成之本體的可撓性中型散裝容器。此等可撓性容器於裝填滿時無法藉由人工操作;意圖用於裝運粉末、薄片或顆粒形式之固體材料;無需進一步包裝;且被設計成藉由一體成形之永久附接元件(如提環或吊帶)而從頂部操作或提起。
FIBC亦被稱為大型袋、散裝袋、散裝包或超大包。此等散裝袋用於乾燥、可流動性產品,典型的容量為約500至2000公斤。使用FIBC之工業之實例包括食物、化學品、聚合物、耐火材料及農產品。該可撓性中型散裝容器提供該包裝所獨有的特徵,因為其可被平整地堆疊及裝載以供運送至使用者。其提供低包裝/產品重量比。其成本與其他包裝形式具競爭性且FIBC通常可在無裝貨架(pallet)下使 用。FIBC在倉庫中易於貯存及可用標準設備如叉架起貨機或起重機操作,且被設計成在卡車或裝運容器中適合雙交叉排列。標準袋及符合使用者特殊需求之客製化袋二者均可使用。此外,許多國家要求FIBC須由獨立的實驗室認證其確實符合性能標準。
FIBC在編織物之表面通常具有印刷圖文,包括公司名稱及標誌,有關袋子之性質或認證或者有關所包裝之產品的資訊。例如當危險產品以散裝袋裝運時,產品之UN標記必須印刷在容器本體上。
目前FIBC主要由平紋編織聚丙烯(PP,polypropylene)條製成;該編織物於低重量下提供良好的機械強度,且與從PP多絲纖維製成之織物相比,可以較不複雜及便宜之方式製成。亦曾視所需的容器強度及安全因子,提出由不同聚合物製成之其他織物。
在本案之主文中,應了解條(strip)或帶(tape)意指無支撐之塑膠材料段,其厚度相對於其長度及寬度而言極薄。 條之三維尺寸可廣泛變化,但其厚度通常在5至2000μm之範圍內,且其寬度可從0.5mm變化至50mm。條之長度為無限,因為此等條通常由連續押出製程製造。該條可經由押出而現製成其寬度,但是同時製造多條帶,如同多絲纖維紡織技術,需要多個昂貴的模頭或噴絲頭及拉伸/捲繞設備。所以,當以工業規模生產時,帶通常係藉由押出較寬的片或膜,繼而切割成所欲寬度的節段(segment)而製造。該切割技術的另一優點為所得到之帶具有管控良好的 長方形橫切面,此為均勻拉伸所期望。
具有由聚丙烯條編織而成之可撓性織物所製成之本體的已知FIBC,其缺點為:印刷時,通常需要對聚丙烯編織物進行預處理步驟,如電暈放電處理,以確保印刷物具有適當附著性。已知FIBC之再一缺點為聚丙烯對於UV降解敏感,此意指需要納入相當昂貴的安定劑。
所以本發明之目的為提供一種FIBC,其未呈現從聚丙烯條製成之編織物之缺點,但呈現良好的可印刷性連帶具有高對比,同時保持強度性質。
根據本發明,該目的係藉由具有可撓性織物所製成之本體之FIBC而達成,其中該可撓性織物係從不透明定向聚對苯二甲酸乙二酯(PET)條編織而成,該等PET條具有500至1300kg/m3之密度以及至少250MPa之抗拉強度。
具有從該不透明PET條製成之編織物之本發明FIBC可用通常類型的油墨直接印刷,且賦予優異的對比及良好的黏附性,而無需進行預處理如電暈處理或火焰處理。PET織物亦呈現比PP良好的UV耐性。具有PET製本體之大型袋之再一優點包括極佳的機械性質如高抗拉強度以及有利的耐磨性、高溫耐性及高光澤。PET製大型袋具有比PP製大型袋更佳的蠕變性,在溫度高達80℃下亦復如此,此允許,例如,於生產線上趁熱裝填工業貨品,諸如水泥。
在本發明之主文內,應了解聚對苯二甲酸乙二酯意指實質上藉由聚縮合反應由至少一種可結晶的熱塑性聚酯及習用添加劑所組成之組成物,其中該可結晶的熱塑性聚酯係衍生自乙二醇、對苯二甲酸及視需要存在之一種或多種作為共單體之其他二元醇及/或二元羧酸。該組成物可含有一種或多種所屬技術領域中具有通常知識者已知之習用添加劑,如觸媒殘渣;安定劑如熱-安定劑、抗氧化劑及光安定劑;加工助劑如潤滑劑、抗黏連劑(anti-blocking agent)及抗靜電劑;著色劑,包括色素及染料;以及孔隙-誘生添加劑,如礦物粒子或分散的不相容聚合物。一般而言,此等添加劑之各種可以以數十分之一百分數至數百分數之量使用。在本發明之較佳具體實施例中,PET含有至多10質量%之習用添加劑,較佳至多約5、3、2或甚至1質量%之習用添加劑。
聚酯為可結晶性意指:藉由將熔融聚合物從融點快速冷卻至玻璃轉移溫度(Tg)以下(稱為淬冷)而得到實質非結晶產物之PET,展現結晶行為。另一方面,此種(緩慢)結晶性聚酯在拉伸(drawing)或展延(stretching)該非結晶產物(較佳於高溫下進行)期間而定向聚合物鏈時應能結晶,產生半結晶性定向膜或條。所屬技術領域中具有通常知識者有能力選擇展現所欲結晶行為之PET均聚合物(homopolymer)或共聚物或者其混合物。較佳地,PET之此種共聚物較佳含有至多約15莫耳%,更佳至多10、6或4 莫耳%之一種或多種其他二元醇及/或二元羧酸。適當的共單體包括脂族及芳族二元醇,如1,3-丙二醇(或三亞甲基二醇)、1,4-丁二醇(或四亞甲基二醇);環脂族二元醇,如1,4-環己烷二甲醇;以及於聚縮合反應期間亦可形成之二元醇,如二乙二醇。適當的二元羧酸包括芳族化合物如鄰苯二甲酸、苯二甲酸、萘、2,6-二甲酸及聯苯4,4’-二羧酸,亦包括脂族二元酸如己二酸及1,4-環己烷二羧酸。
適當的PET聚合物,如所屬技術領域中具有通常知識者所知,具有一種莫耳質量,其能使PET的熔融黏度允許輕易及穩定的押出以及押出產品具有所欲程度之機械性質。典型地,熱塑性聚酯之莫耳質量可從所測量其稀釋溶液之黏度得知,例如以固有黏度(IV,Intrinsic Viscosity)表示。適當的PET具有在0.5-2.5dL/g範圍內的固有黏度。 可押出性需要低固有黏度,較高的固有黏度通常產生較佳的機械性質,但太高的黏度可能阻礙加工操作。因此,固有黏度較佳至少為0.55、0.6或甚至0.65dL/g,最高為2.0、1.8或1.6dL/g。
不透明定向PET條對人類視力而言為不透明或幾乎不透明,若從天然色之PET組成物製成,將具有白色或近似白色;但視情況該組成物可含有一種或多種著色劑,而呈不同的顏色。
不透明、白色PET條可以不同方式製成,例如從含有某些成孔添加劑(void-inducing additives)之聚酯組成物製成。在US 4780402中,揭示藉由在PET組成物中使用特定 量之具有特定粒度之硫酸鋇,可以得到展現改良不透明度及具光澤表面之膜;此係因拉伸或展延時在膜中產生環繞添加劑粒子的孔隙而造成。
藉由拉伸時在膜中形成小孔隙而製造不透明聚酯膜之另一方式,可從EP 0496323 A2、US6641924 B1及其中所引證之刊物等文獻中獲知。在此等文獻中,首先製造PET組成物,該組成物含有相當大量與該聚酯不相容之聚合物的細分散粒子。當接下來拉伸由此等組成物所製成之非結晶膜時,形成環繞各粒子之孔隙。與該聚酯不相容之聚合物之典型例子包括非極性材料如聚烯烴及聚苯乙烯。例如,在EP0300060A中將3-40質量%聚丙烯加至PET中;在EP0496323A2中使用典型地含有2-25質量%聚甲基戊烯之聚酯組成物;以及在US 6641924B1中施加5-60質量%特異性環烯烴共聚物以於拉伸PET膜時發動孔隙之形成。
本發明者發現亦可在未加入拉伸時會剝離之成孔性粒子下,藉由對非結晶PET施加高應力拉伸條件而製成不透明定向PET膜。高應力條件可藉由下述達成:(1)低拉伸溫度、(2)高拉伸比、(3)高應變率、或其組合。如此製成之膜將被稱為應力-白化膜,以與藉由成孔性添加劑所製成之白化膜區別,及與於習知較低應力條件下製成之透明定向膜(習知定向PET膜)區分。
所以,本發明亦特別關於FIBC,其中該不透明定向PET條用包含下列步驟之方法製造:a)經由狹縫模頭押出實質上由PET及至多10質量%習 知添加劑組成之組成物並淬冷,以形成具有至多5%結晶度之實質非結晶膜;b)將該非結晶膜迅速加熱至在Tg至(Tg+50)℃範圍內之拉伸溫度,同時於縱向施加在λinitiation至λmax之範圍內之拉伸比且拉伸速率至少為1公尺/分鐘,以形成呈現應力-白化之定向膜,其中λinitiation為從透明產物轉變成應力-白化產物時之拉伸比且λmax為應力白化膜發生破裂時之拉伸比;c)將該定向膜予以熱固;d)視需要於步驟a)、b)或c)後,將該膜切割成條。
以此方法得到之應力-白化條優於其他不透明或白化PET條之處包括:高光澤表面,以及此等條實質上不含成孔添加劑如大量礦物細粒或經分散之不互溶聚合物粒子,此等粒子可能會減少機械強度。該膜進一步將良好的機械性質與較低密度加以組合,因此以質量計時,成本與PP帶具競爭性,而不像以習知技術製造之PET帶。
製造應力-白化PET條之較佳方法包含經由狹縫模頭押出聚酯組成物並淬冷以形成實質非結晶膜之步驟。典型地使用平膜模頭將聚合物熔融物押製成熔融膜,然後將其淬冷成固體膜。選擇模頭之三維尺寸以賦予拉伸後之膜所欲之厚度及寬度。最小厚度需達某種程度才能提供穩定且均勻的膜押出;該厚度較佳至少為約10μm,更佳至少為20、50或100μm。離開模後熔融膜之厚度為能使淬冷步驟中之冷卻迅速且均勻,而提供均質、厚度可高達10mm之 非結晶膜者。可使用已知方法進行淬冷,較佳將膜澆注在一個或多個冷卻鼓或輥上,更佳將膜打光,以更良好地控制膜之表面平滑度。視需要,將膜抵住輥表面進行靜電釘扎(electrostatic pinning)。為了能進行迅速且均勻的冷卻,熔融膜較佳具有至多約3mm之厚度,更佳至多1000、500、250或150μm之厚度。
模頭及熔融膜之寬度可廣泛變化,例如0.1至3000mm。就穩定操作而言,本發明拉伸製程之加工界區窗(processing window)狹窄,所以押出膜之三維尺寸受到良好控制亦頗重要。思及於押出膜邊緣經常觀察到一些厚度及寬度差異,較佳於拉伸前修剪膜之邊緣。所以,寬度以至少約1mm為較佳;寬度以至少5、10、50或100mm為更佳。為了製造例如寬度為0.5-50mm層級之條,較佳押出較寬的膜,例如1至3公尺(m)寬;在拉伸之前或之後或者甚至在熱固之後修剪邊緣,然後將膜切割成所欲寬度之條。
已發現為了確保拉伸製程穩定,實質非結晶膜,當以例如密度法測量時,應具有至多5%之結晶度。非結晶膜較佳具有少於3%之結晶度,更佳具有少於2%或1%之結晶度,最佳不具可測得之結晶度。不具可測得之結晶度之非結晶PET均聚酯將為高度透明性且密度通常為約1335kg/m3且霧度小於2%。
一般而言,聚酯膜之結晶性可用不同方法測量,此等方法包括X-射線繞射;霧度及透明度測量;微分掃描量熱法(Differential Scanning Calorimetry(DSC));及密度測定 法。
非結晶PET膜之X-光照片呈現光暈且無分明的Bragg繞射峰,此為所屬技術領域中具有通常知識者所熟知。若記錄膜的一維圖案(X-射線繞射),可發現在2θ=10°至35°之範圍出現極廣的散射,且以約20°為中心。即使只有3%結晶,該繞射圖將開始呈現疊加在非結晶散射上之較陡高峰。
非結晶PET樣品,當在DSC裝置中以10℃/分鐘之速率加熱時,在表示玻璃轉移之約75℃附近熱容量呈現階梯樣改變;於約120-135℃出現放熱冷結晶峰且焓為約28-47J/g;以及於約255-260℃出現吸熱熔融高峰且焓為約65J/g(參見Bashir et al.,Polymer Engineering and Science,40,2442(2000),「非結晶及半結晶性PET之典型DSC曲線」)。 若初始時在膜中存在任何結晶度,Tg將變得較弱,冷結晶放熱峰將移向較低溫(移至更接近Tg)且變得強度較低,且熔融吸熱峰變得較陡。膜越呈非結晶,Tg越強且冷結晶焓值越高(比28J/g更接近47J/g)。
雖然半結晶PET產品可為透明或不透明,但非結晶PET膜為透明(除非含有不透明化添加劑)。另一測量結晶度之定量性試驗為測量非結晶膜之霧度。霧度源自表面的不規則性及散裝物中折射率之差異。若不考慮表面不規則性,霧度之主要原因為聚酯膜之球晶化,因為非結晶區及結晶區具有不同的折射率。通常,PET之霧度隨球晶程度增加而迅速增加(參見S.A.Jabarin,Polymer Engineering & Science,vol.22,815(1982)),以致即使只有3%結晶度,該霧度亦達人類眼睛可見的程度。就性質而言,適用於本發明方法之非結晶膜對眼睛而言為透明(clear)。霧度係以通過膜樣品後以超過2.5°散射之總透射光之百分率表示(參見ASTM D-1003-97)。用於製造應力-白化膜之適當非結晶膜較佳具有低於約2%之霧度。
聚酯物品之密度對於結晶物質之存在十分敏感,因此為結晶度之良好指標。在文獻上所記載之非結晶PET之密度值為ρa=1333kg/m3(參見J.Brandrup & E.H.Immergut,Polymer Handbook,2nd Edition,Wiley-Interscience,1975)。 就100%結晶性PET而言,最常用之參考密度為ρc=1455kg/m3(參見P.Daubeny,C.W.Bunn and C.J.Brown,Proceedings of the Royal Society,A226,531(1954))。不過,數個作者曾報告實驗樣品具有高於該參考值之密度。因此,100%結晶性PET之另一參考值為ρc=1515kg/m3(參見S.Fakirov,E.W.Fischer and G.F.Scmidt,Die Makromolekulaire Chemie,176,2459(1975)。Bashir等人曾討論100%結晶性PET之該等參考值及其對結晶度計算值之影響,參見Polymer Engineering and Science,40,2442(2000)。通常使用經校正之密度梯度管柱測量密度。
用於製造應力-白化PET條之方法包含將非結晶膜迅速加熱至拉伸溫度之步驟。本發明者發現必須將非結晶膜迅速加熱至所欲的拉伸溫度以獲得穩定的製程,其中拉伸伴隨著頸縮(necking)發生。迅速加熱可用所屬技術領域中 具有通常知識者已知之各種技術達成,此等技術例如為使用紅外線加熱器、或將非結晶膜浸沒在加熱至所欲拉伸溫度之液體加熱浴中,且在該浴中以機械方向進行拉伸。液體浴之溫度可被非常準確地控制(至約0.5℃)並確保熱轉移至膜。適用於加熱浴之液體(對聚酯而言為惰性)為所屬技術領域中具有通常知識者所熟知。適當液體的實例包括水、或水/甘油混合物。
該法中之拉伸溫度在Tg至(Tg+50)℃之範圍內。原則上,拉伸亦可於較低溫度進行,但拉伸速率就經濟有效的應用而言將太低。當溫度比Tg高50℃以上時,熱(或冷)結晶化將可能起動而干擾所欲的定向-引發性結晶,並降低可拉伸性。所以,拉伸溫度較佳在(Tg+40)℃以下;更佳低於(Tg+30)、(Tg+25)或甚至低於(Tg+20)℃。較佳地,拉伸溫度高於約(Tg+5)℃,以致與在低於Tg之溫度下進行拉伸相比,可達成更快速的拉伸;拉伸溫度更佳高於(Tg+10)℃。對於PET均聚物而言,較佳的溫度範圍為約75℃至約105℃,更佳為80-100℃,或85-95℃。
較佳將拉伸溫度控制在恆定值以確保穩定的操作;例如將浴溫控制在設定值±1.0或±0.5℃之範圍內。
將從PET組成物製成之非結晶膜迅速加熱至所欲的拉伸溫度,同時於縱向施加接近最大拉伸比之拉伸比(λ),以形成呈現應力-白化之定向膜。已發現在某組條件下穩定地增加拉伸比時,於某一拉伸比可從透明產物轉變成不透明、白化產物,此現象被稱為應力-白化,該現象可重現且 均勻地發生,此時的拉伸比被稱為λinitiation。該應力-白化之開始出現時間可從該膜開始呈現銀色條文及斑塊而輕易地由目視辨識;於小心地進一步增加拉伸比時,應力白化在膜之整個寬度變得均勻。在本文中最大拉伸比(λmax)被界定為依據慣例應力白化膜發生破裂時之拉伸比。本發明者驚異地發現拉伸時,應力-白化在相當窄的拉伸比範圍(即λinitiation至λmax之範圍相當窄)內發生,該範圍取決於:例如聚酯之類型、拉伸溫度及拉伸速率(或生產速度,亦即捲繞輥之速度)。為了得到穩定的製程,所施加之拉伸比較佳至高為(λmax-a),其中a為約0.05、0.1、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、或1。所施加之拉伸比較佳至少為(λinitiation+b),其中b為約0.05、0.1、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50或1。
於施加該拉伸比時,該膜發生白化;從顯微鏡研究可知如此得到之膜含有主要存在於其內部之小孔隙,而外部表面層則大體無孔隙。雖不希望受理論所限,但本發明者推想該無孔隙表面為該定向膜具有十分類似透明或定向PET膜之光澤表面外觀的理由。至少有三種控制應力-白化之交互作用之變數:拉伸比、溫度及拉伸速度。本發明者發現在膜中導致高應力之條件造成應力-白化;此表示典型地以相對較高的拉伸比、較低溫度及較高變形率等條件為較佳。
如前文所示,在受控制及穩定的製程中,會發生應力-白化作用之加工界區窗(processing window)頗為狹窄,所以 所施加之拉伸比以保持恆定為較佳。拉伸通常係藉由首先將非結晶膜導引至一組進料輥上,然後導引至一組以高速操作之拉伸輥上,同時加熱該膜。為了控制拉伸比之差異,較佳在將進料及拉伸輥之速度控制在該速度波動至多約1%下進行拉伸,該速度波動以至多約0.7%、0.5%或0.3%為更佳。再者,膜厚度應僅可能均勻;在此方面,較佳於修剪膜邊緣後再拉伸膜。
拉伸速率(速度)應足以在膜中產生應力以發動應力-白化作用。因為造成應力-白化之拉伸典型地會發生頸縮,因此局部應變率顯然比所施加的拉伸速度高許多。拉伸速率(拉伸輥之捲繞速度)通常為至少約1公尺/分鐘,以至少約2、3、4、5、10、15、20、50、100公尺/分鐘為較佳。 拉伸速率太高可能會引起破裂,但實際值取決於膜的實際三維尺寸及加工條件、該等之控制以及聚酯組成。拉伸速度在約5至20公尺/分鐘之範圍內曾得到良好結果,但高達約600、550、500、350、250或200公尺/分鐘之較高拉伸速率在實用上亦被認為可行。
本發明之方法在縱向拉伸之後可進一步包括於提高溫度下,在橫向施加拉伸比以形成雙軸定向不透明膜之步驟。所施加之拉伸比並非特別關鍵,可從約2變化至約5,此取決於聚酯組成及所欲的膜。該第二橫向拉伸步驟通常係使用所謂的拉幅機(tenter frame)及烘箱以垂直於機械方向之方式進行;拉伸溫度在與第一次拉伸步驟相同的範圍內。
習知透明雙軸定向PET膜亦可藉由在二垂直方向同時拉伸而製成;但就製造不透明定向聚酯膜而言,發現該同時雙軸拉伸不如上述接續拉伸製程適合。該應力白化雙軸定向膜接下來可被切割成帶。就製造FIBC而言,通常採用從單軸拉伸帶製成之編織物應已足夠。
從PET組成物製造應力-白化不透明膜之方法亦包含將定向膜予以熱固之步驟。若不透明膜未被熱固,則可能隨著時間經過而形成波紋(波狀結構)。熱固步驟可離線進行,但較佳於線上進行,並使用所屬技術領域中具有通常知識者已知之設備及實施條件。通常,熱固溫度在約150-250℃之範圍內,通常施加低拉伸比以防止鬆弛效應。一旦熱固,PET膜將變得安定且不會形成波紋。
熱固之後,不透明膜或條可以常用方式捲繞成卷。該膜可進一步進行一個或多個額外的步驟,如化學處理步驟或塗布步驟,以建立其他所欲的性質。
在較佳具體實施例中,用包含下述步驟之方法得到應力-白化PET條:a)經由狹縫模頭押出實質上由聚對苯二甲酸乙二酯組成之組成物並淬冷,以形成具有低於3%結晶度之非結晶膜;b)藉由將該膜浸在液體加熱浴中而迅速地將非結晶膜加熱至在80-95℃範圍內之拉伸溫度,同時使用進料輥及拉伸輥組合於縱向施加在λinitiation至λmax之範圍內之拉伸比,該進料輥及拉伸輥組合之速度係被控 製成速度波動至多約1%,且拉伸速率至少為1公尺/分鐘,藉此形成呈現應力-白化之定向膜,其中λinitiation為從透明產物轉變成應力-白化產物時之拉伸比且λmax為應力白化膜發生破裂時之拉伸比;c)在約150-250℃之範圍內熱固該定向膜。
用於本發明之FIBC之不透明PET條具有可使強度與可撓性間達到所期望平衡之三維尺寸。厚度可廣泛變化,但通常在5至1000μm之範圍內,較佳為10-500μm,更佳為15-200或20-100μm;以及其寬度可從0.5mm變化至50mm,以1-25mm為較佳,以2-10mm為更佳。
PET條可藉由使用所屬技術領域中具有通常知識者所已知之技術製成可撓性編織物。可以使用任何類型之編織物,但以使用平紋編織物製成建構FIBC本體之織物為較佳。平紋編織物亦被稱為泰比編織物(tabby woven)或一上針一下針(one-up-one-down)編織物;且為編織物之最主要類型,其中經向及緯向條紋被校直以形成簡單的交叉圖案。可撓性編織織物更佳為平衡的平紋編織物;此意指經向及緯向條紋具有相同的尺寸及質量。
從不透明PET帶製成之編織織物典型地具有25-500g/m2,較佳30-150g/m2,更佳50-100g/m2之單位面積密度或單位面積質量。
本發明之FIBC具有從平紋或管紋編織織物製成之本體,該平紋或管紋編織織物係應用已知的編織技術由不透明PET條製成。所屬技術領域中具有通常知識者已知從編 織織物製成FIBC之各種方法,如GB 1591091及US 2004/0058604A1所述者,此等亦說明一體成形的操作構件。
本發明FIBC之本體係從聚對苯二甲酸乙二酯(PET)編織而成之不透明條所製成之編織物製造,該PET條具有500-1300kg/m3之密度,較佳在600-1200kg/m3或600-1100kg/m3之範圍內。習知的透明PET條具有約1400kg/m3之密度,該等密度取決於該等條之結晶度。由於PET條之密度,與例如聚丙烯之密度(900kg/m3)相比,相對較高,所以PET產品之價格,以質量為基準表示時亦相對較高,因而可能阻礙商業應用。在此方面,從不透明PET條之織物所製成之FIBC具有至多1300kg/m3之密度且仍具有高抗拉強度,因此顯示有利的組合性質。
本發明之FIBC之本體係從具有至少250MPa之抗拉強度之不透明(應力-白化)PET條的編織物所製成。PET條的組合具有低密度、高光澤、不透明性、良好的抗拉性質及良好的耐蠕變性,此提供FIBC獨特的性質組合。低密度及高強度之優點使得編織物之厚度及FIBC之質量可進一步減少。基於此理由,此等條之抗拉強度以至少300MPa為較佳,甚至為325或350MPa。
現參照下列實驗進一步闡述本發明。
方法
密度
膜樣品之密度係在密度梯度管柱(density gradient column)中測量。由於使用兩個廣範圍的管柱:第一根管柱係根據習知PET的密度範圍(1330kg/m3至1445kg/m3)而設定,第二根管柱係根據聚丙烯的密度範圍(880-970kg/m3)而設定。
結晶度百分率Xc可依照以下公式從密度測量值算出:
其中,ρc(100%結晶性PET之密度)=1455kg/m3,且ρa(非結晶PET之密度)=1333kg/m3
典型地,對鑄造非結晶膜而言,ρsample介於1333kg/m3至1335kg/m3之間,其相當於0至1.8%結晶度。
玻璃轉移溫度
使用微分掃描量熱計以10℃/分鐘之加熱速率測量非結晶膜之玻璃轉移溫度Tg。以熱含量階梯樣改變之中點做為Tg。對PET均聚物及具有低量(<2莫耳%)共單體之共聚物而言,可發現Tg為約75℃。
固有黏度(intrinsic viscosity,I.V.)
於25℃下測量聚酯樣品溶於酚:1,2-二氯苯溶液(3:2)之混合物而成之稀溶液的I.V.(單次測量)。I.V.係藉由使用Billmeyer公式從於單一聚合物濃度(c=0.5%)下之相對黏度ηr測量值計算而得:I.V.=[η]=0.25(ηr-1+3 ln ηr)/c
抗拉性質
抗拉應力-應變曲線係藉由於室溫下,在抗拉試驗機器中,以對應於初始應變率(約10-3s-1)之拉伸速度拉伸膜樣品或帶樣品而得到。其彈性係數係記錄應變到達0.2%時應力應變曲線之斜率(初始斜率)。
光澤度
為了進行膜光澤度之儀器測量,最小表面需達某種程度;從4mm寬狹縫模頭押出之較窄帶子,其寬度就測量光澤度而言不夠寬。因此,對於由此等條所製成之平紋編織物以60°及45°之角度進行測量。
油墨印刷
油墨印刷係用標準數位印刷機及絲網印刷系統在織物上進行。可在未進行表面處理下施用標準油墨。油墨對織物之附著性測試係在乾燥後將膠帶貼在印刷區域,然後將其撕去而進行(良好附著性意指印刷區域不會被剝離)。
製袋
將帶製成平紋編織物,其中使用從PP帶製造編織物所採用之標準編織設備。
將得到之織物適當地摺疊,繼而將邊緣使用標準紡織物縫紉機器縫在一起,製成袋或封套。
製帶
比較實驗A
首先將以乙二醇及纯化對苯二甲酸做為單體之PET均聚物在真空烘箱中於175℃下乾燥約5小時。使用單螺桿押出機及採用標準溫度設定,將聚合物從狹縫模頭押出至溫度約25℃之冷卻輥上。通常製成4mm寬,200μm厚之膜,將該膜在冷卻輥上急速冷卻。具有0.70dL/g之I.V.且具有<1%之結晶度之透明非結晶膜,當於顯微鏡下觀察時,可見到輕微彎曲狀邊緣。此狹窄之膜/帶對於切割及修剪增厚之邊緣而言太窄。隨後藉由使用5個進料輥(feed roller)及7個拉伸輥(draw roller),將該帶通過加熱至約90℃之熱導板(hot shoe)之彎曲表面進行加熱。起初將該拉伸輥之速度設定成可使拉伸比達3.0,藉此得到透明之延伸膜,繼而將其於施加張力下通過加熱至170℃之熱風烘箱進行熱固,其中該捲繞輥(take up roller)之運轉速度比比定向膜之進料速度快3%。
拉伸比被界定為兩輥速度之比,亦即:拉伸比=拉伸輥速度/進料輥速度。當進料輥及拉伸輥之直徑為相同時,此拉伸比相當於在機器方向上所施加之拉伸比,亦即標稱拉伸比(nominal draw ratio),此可能包括將該織物/帶從輥上移開時所回復之某些彈性應變,因此實際拉伸比可能稍微低於記錄值。
穩定地運轉該程序約5分鐘後,將拉伸比逐步地增加至約5.0。進一步增加該拉伸比將造成該膜破裂。不過觀察 到在很短時間內產生乳白色膜。從更多實驗可得到結論:依照此等實驗設定,穩定生產此種白色膜係不可能的-惟某些變數如熱導板(hot shoe)之溫度及拉伸速度似乎具有某些影響。
比較實驗B及實施例1
重覆進行比較實驗A所述之試驗,不過將該非結晶膜通過進料輥與拉伸輥間之水浴。在此實驗系列中,該水浴溫度控制在82.0℃。開始時進料輥之速度為1.19公尺/分鐘,然後逐漸增加拉伸輥之速度。輥之速度呈現約2%之標準偏差。
非結晶膜具有0.71dL/g之之I.V.及小於1%之結晶度。 直至拉伸比達約4.9為止,均可穩定地生產透明膜。於λ=4.0時所製成之膜之某些性質(CE B)示於表1中。
在該進料輥速度為恆定下,進一步增加拉伸輥之速度,可觀察到在約λ=5.1時,從透明膜轉變成光亮白色膜(起始點)。當拉伸比為5.2-5.7時,於延長時間期間可生產不透明膜且可捲繞成整個捲軸;不過在λ=6.0時,膜破裂於5分鐘內發生,且無法再穩定地生產。
第一圖中,摘要數個系列實驗之結果,其中呈現於輥速度之不同組合(於82℃)下所觀察到之(初始)應力-白化及膜破損時之拉伸比。由此顯現在一狹窄、明確的加工界區窗內能以穩定及可再現之方式製造光面、不透明PET膜。
不透明度及霧度可用定性方式評價:如果將透明PET帶放置在文稿上,繕打的字母可容易地看見及閱讀,然而對不透明膜/帶樣品而言,無法看見/閱讀書寫的文字。
在表1中展現於λ=5.2時所製造之不透明膜之某些性質(熱固後)。實施例1中之不透明膜浮在水中,然而當置於密度範圍跨至970kg/m3之密度梯度管柱中時,其沉降至底部。因此,實際密度必落在970kg/m3以上而低於1000kg/m3
在表1中亦展現市售單軸拉伸聚丙烯(PP)之某些數據以供比較。不透明聚酯膜顯然呈現遠優於PP膜之機械性質,甚至強度略高於習知透明PET膜。
比較實驗C及實施例2
重覆比較實驗B及實施例1記載之試驗,不過現將水浴溫度控制在89.8℃。再次界定明確的區域(clear regimes),其中不是可製造透明膜(CE C)製造,就是可穩定地製造不透明膜;可製造實施例2之不透明膜之界區窗似乎比於82℃之拉伸溫度下拉伸者之界區窗狹窄。此可由第 二圖所示之數據進一步說明。
織物及製袋
從如此得到之不透明PET帶製造編織物,其具有吸引人之光澤、白色外觀。再者,該單位面積質量為85g/m2之織物具有輕觸感及良好之垂掛性質。
市售之PP編織帶織物具有之單位面積質量為86g/m2,且外觀為晦澀之白色。
將從此三類型織物所製造之編織袋以白色、結晶性PET片粒充填。使用從習知定向PET帶製造之透明織物時,清楚可見此等片粒。使用PP袋時,可在面對光線時看到充填高度,然而無法判斷材料之屬性。當該袋由應力-白化之PET帶製造時,無法判斷材料之屬性,甚至面對光線時亦無法看到充填高度。
在表2中展現直接測量以下三種類型編織物所獲得之光澤度及不透明性資訊:用於製造大型袋之市售PP帶編織物;從比較實驗B之習知定向PET帶所製成之透明織物;及從實施例1之應力-白化PET帶所製成之不透明織物。直接測量編織物之光澤度並不理想,因為該編織物之表面並不完全平坦,然而即使絕對值不準確,其相對值(可再現)顯示由應力-白化PET帶製成之織物具有最佳不透明性與光澤度之組合。簡單的目視評價亦可得到相同的等級。在由習知透明PET帶所製成之袋中內容物較易曝光,而PP織物或袋由於光澤度低,缺乏吸引力。
對織物進行之油墨印刷試驗顯示由應力-白化PET帶製成之帶狀織物具有良好的油墨濕潤性及附著性,而無需任何表面處理。印刷提供與織物背景之優良對比。從習知定向PET帶製成之透明織物亦呈現對油墨之良好濕潤性及附著性,然而印刷之可視性(對比)取決於何者置於織物背後:如果背襯物質或被包裝之內容物為深顏色,則效果不佳。
PP帶織物若未經電暈(corona)預處理,將無法進行油墨印刷。
再者,將PET編織帶織物摺疊及縫紉成袋。該二類型織物(習知者及應力-白化者)均能縫紉而無任何問題。
再進一步說明,為了於帶製造期間具有最寬廣之操作界區窗及具有最佳產品性質(最高光澤度及不透明性),該帶必須具有完美之長方形橫截面,且無邊緣彎曲。需注意在上述實驗中,帶係從與該帶具有相似三維尺寸之狹縫模頭押出,結果造成增厚及邊緣彎曲,且橫截面未能成為完全長方形。此會導致樣品過早到達破裂之拉伸比,且光澤 度亦降低。最佳之實作方式可能為澆鑄寬的非結晶PET膜,從兩邊緣切割並棄置約2cm之邊條,繼而將膜之剩餘部份切割成條,形成具有所欲寬度之帶。本實驗設備無法實施此種實驗。熟習此技術人士應能理解,若依照實施例1及2記載之步驟,當更一致地施行諸如拉伸比等條件時,可預期達到更快速之操作,且產品性質(包括光澤度)將更佳。
第一圖呈現於輥速度之不同組合(於82℃)下所觀察到之(初始)應力-白化及膜破損時之拉伸比。
第二圖呈現於輥速度之不同組合(於89.8℃)下所觀察到之(初始)應力-白化及膜破損時之拉伸比。

Claims (11)

  1. 一種可撓性中型散裝容器(FIBC),其具有:由聚合物條編織而成之可撓性織物所製成之本體以及一體成形的操作構件;該FIBC之特徵為:該織物係從不透明定向聚對苯二甲酸乙二酯(PET)條編織而成,該PET條具有500至1300kg/m3之密度以及至少250MPa之抗拉強度。
  2. 如申請專利範圍第1項之可撓性中型散裝容器,其中該PET含有至多6莫耳%之共單體。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之可撓性中型散裝容器,其中該PET條以包含下列步驟之方法製成:a)經由狹縫模頭押出實質上由PET及至多10質量%習知添加劑組成之組成物並淬冷,以形成具有至多5%結晶度之實質非結晶膜;b)將該非結晶膜迅速加熱至在Tg至(Tg+50)℃範圍內之拉伸溫度,同時於縱向施加在λinitiation至λmax之範圍內之拉伸比且拉伸速率至少為1公尺/分鐘,以形成呈現應力-白化之定向膜,其中λinitiation為從透明產物轉變成應力-白化產物時之拉伸比且λmax為應力白化膜發生破裂時之拉伸比;c)將該定向膜予以熱固;d)視需要於步驟a)、b)或c)後,將該膜切割成條。
  4. 如申請專利範圍第3項之可撓性中型散裝容器,其中該非結晶膜具有低於3%之結晶度。
  5. 如申請專利範圍第3項之可撓性中型散裝容器,其中加熱係 藉由將非結晶膜浸沒於液體加熱浴中而進行。
  6. 如申請專利範圍第3項之可撓性中型散裝容器,其中該拉伸速率至多為約600公尺/分鐘。
  7. 如申請專利範圍第3項之可撓性中型散裝容器,其中該拉伸溫度為從(Tg+5)至(Tg+30)℃。
  8. 如申請專利範圍第3項之可撓性中型散裝容器,其中拉伸係用進料輥及拉伸輥進行,該進料輥及拉伸輥之速度係被控制成速度波動至多為約1%。
  9. 如申請專利範圍第3項之可撓性中型散裝容器,其中該織物具有30-150g/m2之單位面積質量。
  10. 如申請專利範圍第1項之可撓性中型散裝容器,其中該等條具有600-1100kg/m3之密度。
  11. 如申請專利範圍第1項之可撓性中型散裝容器,其中該等條之抗拉強度至少為300MPa。
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