(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波ポリマーシールを生成するためのプロセスであって、
バッキング層と、以下の特性を有する超音波シール可能なオレフィン系ポリマー（ＵＳＯＰ）を含むシール層と、を含む多層フィルムを調製することと、
（ａ）１３０Ｊ／ｇ未満の融解熱（ΔＨｍ）、
（ｂ）１２５℃未満のピーク融解温度（Ｔｍ）、
（ｃ）５０ＭＰａ〜５００ＭＰａのせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）、及び
（ｄ）１０ＭＰａを超えるせん断損失弾性率（Ｇ”）
前記多層フィルムの前記シール層を、
バッキング層と、以下の特性を有する超音波シール可能なオレフィン系ポリマー（ＵＳＯＰ）を含むシール層と、を含む第２の多層フィルムのシール層と接触させて、シール領域を形成することと、
（ａ）１３０Ｊ／ｇ未満の融解熱（ΔＨｍ）、
（ｂ）１２５℃未満のピーク融解温度（Ｔｍ）、
（ｃ）５０ＭＰａ〜５００ＭＰａのせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）、及び
（ｄ）１０ＭＰａを超えるせん断損失弾性率（Ｇ”）
前記シール領域に超音波エネルギー及び２Ｎ／ｍｍ〜６Ｎ／ｍｍのシール力を供することと、
３０Ｎ／１５ｍｍ〜８０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成することと、を含む、前記プロセス。
【請求項２】
前記シール領域に（ｉ）超音波エネルギー及び（ｉｉ）４Ｎ／ｍｍのシール力を供することを含む、請求項１に記載の前記プロセス。
【請求項３】
超音波シール装置のホーンとアンビルとの間に前記シール領域を設置することと、前記シール領域に（ｉ）超音波エネルギー及び（ｉｉ）４Ｎ／ｍｍのシール力を供することと、を含む、請求項１に記載の前記プロセス。
【請求項４】
第１の多層フィルム及び第２の多層フィルムを含むフィルム構造であって、各多層フィルムは、連続フィルム層であるバッキング層及びシール層を含み、各シール層は、以下の特性を有する超音波シール可能なオレフィン系ポリマー（ＵＳＯＰ）を含み、
（ａ）１３０Ｊ／ｇ未満の融解熱（ΔＨｍ）、
（ｂ）１２５℃未満のピーク融解温度（Ｔｍ）、
（ｃ）５０ＭＰａ〜５００ＭＰａのせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）、及び
（ｄ）１０ＭＰａを超えるせん断損失弾性率（Ｇ”）
前記多層フィルムは、前記第１の多層フィルムの前記シール層が前記第２の多層フィルムの前記シール層と接触するように配置され、
前記シール層は、４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされると、３０Ｎ／１５ｍｍ〜８０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成する、前記フィルム構造。
【請求項５】
前記バッキング層は、ＰＥＴ、ポリアミド、ＢＯＰＰ、及び金属箔から成る群から選択される材料である、請求項４に記載の前記フィルム構造。
【請求項６】
前記ＵＳＯＰは、ＰＢＰＥ、ＬＬＤＰＥ、ＵＬＤＰＥ、ＰＯＰ、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される材料である、請求項４または５のいずれかに記載の前記フィルム構造。
【請求項７】
前記第１の多層フィルム及び前記第２の多層フィルムは、前記第２の多層フィルムを前記第１の多層フィルム上に重ねるように折り畳まれる単一の可撓性シートの成分である、請求項４〜６のいずれかに記載の前記フィルム構造。
【請求項８】
前記バッキング層は、ＢＯＰＰを含み、前記シール層は、ＵＬＤＰＥ、ＰＯＰ、及びＰＢＰＥから成る群から選択されるＵＳＯＰを含む単層であり、前記シール層は、４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされると、５５Ｎ／１５ｍｍ〜８０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成する、請求項４〜７のいずれかに記載の前記フィルム構造。
【請求項９】
前記バッキング層は、ＰＥＴであり、前記シール層は、ＵＬＤＰＥ、ＰＯＰ、及びＰＢＰＥから成る群から選択されるＵＳＯＰを含む単層であり、前記シール層は、４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされると、３７Ｎ／１５ｍｍ〜５５Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成する、請求項４〜７のいずれかに記載の前記フィルム構造。
【請求項１０】
前記シール層は、表面層、コア層、及び内層を含む共押出構造であり、
前記表面層は、ＵＬＤＰＥ、ＰＯＰ、及びＰＢＰＥから成る群から選択されるＵＳＯＰを含み、
前記シール層は、４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされると、３５Ｎ／１５ｍｍ〜５５Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成する、請求項４〜７のいずれかに記載の前記フィルム構造。
【請求項１１】
前記シール層は、表面層、コア層、及び内層を含む共押出構造であり、
前記コア層及び前記内層のうちの少なくとも１つは、ＵＬＤＰＥ、ＰＯＰ、及びＰＢＰＥから成る群から選択されるＵＳＯＰを含み、
前記表面層は、ＵＳＯＰがなく、
前記シール層は、４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされると、３５Ｎ／１５ｍｍ〜５０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成する、請求項４〜７のいずれかに記載の前記フィルム構造。
【請求項１２】
前記第２の多層フィルムは、前記第１の多層フィルム上に重ねられて、共通の周縁部を形成し、前記超音波シールは、前記共通の周縁部に沿って位置する、請求項４〜１１のいずれかに記載の前記フィルム構造。
【請求項１３】
前記多層フィルムは、各多層フィルムの前記シール層が互いに接触するように配置され、前記第２の多層フィルムは、前記第１の多層フィルム上に重ねられて、共通の周縁部を形成する、請求項４に記載の前記フィルム構造と、
ガセットシールである２倍ゾーン及び断面フィンシールである４倍ゾーンであって、前記ゾーンが４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされると、３０Ｎ／１５ｍｍ〜８０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールをそれぞれ形成する、２倍ゾーン及び４倍ゾーンと、を含む、可撓性容器。
【請求項１４】
前記２倍ゾーンは、前記共通の周縁部の少なくとも一部を含む、請求項１３に記載の前記可撓性容器。
【請求項１５】
前記４倍ゾーンは、縦方向シールの少なくとも一部を含む、請求項１３または１４のいずれかに記載の前記可撓性容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、超音波シール可能なフィルム構造及び超音波シールを有する可撓性容器を生成するためのプロセスを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートシールと比べて、可撓性包装における超音波シールの利用は、（ｉ）異物を通してシールする能力、（ｉｉ）より狭いシールゾーンを形成する能力、及び（ｉｉｉ）より高い線速度及びより低い温度環境でシールを形成する能力等の性能の利点を提供する。超音波溶接に適した包装システムは、垂直または水平フォームフィルシールを含む。これらの利点にもかかわらず、超音波シールは、著しい弱点を有する。ホーンとアンビルとの間の接触形状及び振動変形に起因して、超音波シールは、著しい材料流出及びシール領域からのポリマーの押出しをもたらす場合がある。超音波シールのこの「押出し」現象は、形成された超音波シールにおける積層構造の損傷及び最終的な破壊を引き起こし得る。層段階、すなわち、ホーンとアンビルとの間の材料の厚さの段階的変化（ガセット及び折畳部ならびに断面フィンシール等）は、超音波シールされると、特に損傷を受けやすい。これらの領域の不完全なシールは、（剥離試験によって測定される）シール強度を低減させ、シールゾーンにおける積層を破壊し得、アルミニウムの薄層またはエチレンビニルアルコールコポリマー（ＥｖＯＨ）等の障壁ポリマーを有する包装積層における障壁特性の損失につながるチャネル漏出を生じさせる。
【０００３】
上述の問題を軽減するように提案されるアプローチは、（ｉ）接触形状、特に、エネルギーディレクターの最適化及び（ｉｉ）シール時のホーン移動の制御を含み、これらの両方ともが制限を受ける。
【０００４】
ポリマーの慎重な選択及び多層構造の最適化は、上記の問題を軽減する代替的な方法を提供する。したがって、超音波シールすることができるポリマー及び構造を特定し、従来のヒートシールによって達成可能なものに匹敵するシール強度を提供する必要性がある。さらに、超音波シール強度を増加させる超音波シールプロセスに対する必要性が存在する。また、接触形状の最適化またはシール力移動の調整における欠点を克服する強化された超音波シールに対する必要性も存在する。さらに、可撓性容器のより多用途の使用に対する需要を満たすように、向上された超音波シール可能なフィルムに対する必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００５】
本開示は、超音波シール、ならびにフィルム構造及び超音波シールを含有する可撓性容器を生成するためのプロセスを対象とする。本発明のプロセスは、接触形状の最適化及びシール力の調整に加えて、超音波シール領域内の材料の流れに影響する４つの要因に基づいた超音波シールのためのポリマーの選択を含む。加えて、プロセスは、超音波シール強度のさらなる向上のために、フィルム組成物及び構造を適合させることを含む。
【０００６】
本開示は、超音波シールを生成するためのプロセスを提供する。超音波シールは、２つのポリマーフィルム間に形成される。プロセスは、バッキング層及びシール層を有する多層フィルムを調製することを含む。シール層は、超音波シール可能なオレフィン系ポリマー（ＵＳＯＰ）を含む。ＵＳＯＰは、以下の特性に基づいて選択される：
【０００７】
（ａ）１３０Ｊ／ｇ未満の融解熱（ΔＨｍ）、
（ｂ）１２５℃未満のピーク融解温度（Ｔｍ）、
（ｃ）５０ＭＰａ〜５００ＭＰａのせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）、及び
（ｄ）１０ＭＰａを超えるせん断損失弾性率（Ｇ”）。
【０００８】
プロセスは、第１の多層フィルムのシール層を第２の多層フィルムのシール層と接触させて、シール領域を形成することを含む。プロセスは、シール領域に超音波エネルギーを供することを含む。プロセスは、２つのシール層の間に、超音波シールを形成することを含み、超音波シールは、３０Ｎ／１５ｍｍ〜８０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する。
【０００９】
本開示は、フィルム構造を提供する。フィルム構造は、第１の多層フィルム及び第２の多層フィルムを含む。各多層フィルムは、バッキング層及びシール層を含む。各シール層は、以下の特性を有する超音波シール可能なオレフィン系ポリマー（ＵＳＯＰ）を含む：
【００１０】
（ａ）１３０Ｊ／ｇ未満の融解熱（ΔＨｍ）、
（ｂ）１２５℃未満のピーク融解温度（Ｔｍ）、
（ｃ）５０ＭＰａ〜５００ＭＰａのせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）、及び
（ｄ）１０ＭＰａを超えるせん断損失弾性率（Ｇ”）。
【００１１】
多層フィルムは、第１の多層フィルムのシール層が第２の多層フィルムのシール層と接触するように配置される。シール層は、４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされると、３０Ｎ／１５ｍｍ〜８０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成する。
【００１２】
本開示は、可撓性容器を提供する。可撓性容器は、第１の多層フィルム及び第２の多層フィルムを含む。各多層フィルムは、バッキング層及びシール層を含む。シール層は、以下の特性を有する超音波シール可能なオレフィン系ポリマー（ＵＳＯＰ）を含む：
【００１３】
（ａ）１３０Ｊ／ｇ未満の融解熱（ΔＨｍ）、
（ｂ）１２５℃未満のピーク融解温度（Ｔｍ）、
（ｃ）５０ＭＰａ〜５００ＭＰａのせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）、及び
（ｄ）１０ＭＰａを超えるせん断損失弾性率（Ｇ”）。
【００１４】
多層フィルムは、各多層フィルムのシール層が互いに接触するように配置され、第２の多層フィルムは、第１の多層フィルム上に重ねられて、共通の周縁部を形成する。可撓性容器は、２倍ゾーン及び４倍ゾーンを含む。２倍ゾーン及び４倍ゾーンは、ゾーンが４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされると、３０Ｎ／１５ｍｍ〜８０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールをそれぞれ形成する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本開示の実施形態に従うＧ’〜Ｇ”のプロットを示すグラフである。
【図２Ａ】本開示の実施形態に従う平面超音波シール形状を有する可撓性容器の概略図である。
【図２Ｂ】本開示の実施形態に従う平面シール形状を有する超音波シールの概略図である。
【図３Ａ】本開示の実施形態に従う２倍ゾーン及び４倍ゾーンを有する可撓性容器の概略図である。
【図３Ｂ】本開示の実施形態に従う２倍／４倍シール形状を有する２倍ゾーン及び４倍ゾーンの超音波シールの概略図である。
【図４】本開示の実施形態に従う超音波シールされるフィルム構造に対する超音波シール強度対シール力のグラフを示す。
【図５】本開示の実施形態に従う超音波シールされるフィルム構造に対する超音波シール強度対シール力のグラフを示す。
【図６】本開示の実施形態に従う超音波シールされるフィルム構造に対する超音波シール強度対シール力のグラフを示す。
【図７】本開示の実施形態に従う超音波シールされるフィルム構造に対する超音波シール強度対シール力のグラフを示す。
【図８】本開示の実施形態に従う超音波シールされるフィルム構造に対する超音波シール強度対シール力のグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示は、超音波シールを生成するためのプロセスを提供する。超音波シールは、２つのポリマーフィルム間に形成される。プロセスは、バッキング層及びシール層を有する多層フィルムを調製することを含む。シール層は、超音波シール可能なオレフィン系ポリマー（ＵＳＯＰ）を含む。ＵＳＯＰは、以下の特性に基づいて選択される：
【００１７】
（ａ）１３０Ｊ／ｇ未満の融解熱（ΔＨｍ）、
（ｂ）１２５℃未満のピーク融解温度（Ｔｍ）、
（ｃ）５０ＭＰａ〜５００ＭＰａのせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）、及び
（ｄ）１０ＭＰａを超えるせん断損失弾性率（Ｇ”）。
【００１８】
プロセスは、第１の多層フィルムのシール層を第２の多層フィルムのシール層と接触させて、シール領域を形成することを含む。プロセスは、シール領域に超音波エネルギーを供することを含む。プロセスは、２つのシール層間に超音波シールを形成することを含み、超音波シールは、３０Ｎ／１５ｍｍ〜８０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する。
【００１９】
本発明のプロセスは、超音波シール装置を利用して、２つのポリマーフィルム間に超音波シールを生成する。超音波シール装置は、以下の成分を含む。
【００２０】
（１）フィルムが加圧下で接触されるように設置される、アンビル。アンビルは、高周波振動が、シール領域内のフィルムを対象とすることを可能にする。アンビルは、フィルムのうちの１つと接触するエネルギーディレクターを含む。
【００２１】
（２）（ａ）変換器（電気信号を機械振動に変換する）、（ｂ）ブースター（振動の振幅を修正する）、及び（ｃ）ホーン（溶接またはシールされる部分に機械振動を適用する）を含む、超音波スタック。ホーンは、ソノトロードとも呼ばれる。超音波スタックの全ての３つの要素は、同一の超音波周波数（典型的には、１５ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、３０ｋＨｚ、３５ｋＨｚ〜４０ｋＨｚまたは７０ｋＨｚ）で共鳴するように調整される。
【００２２】
ポリマーフィルムに超音波エネルギーを供することは、振動エネルギーの吸収に起因して、プラスチックの局所融解を引き起こす。振動は、溶接される結合部にわたって導入される。
【００２３】
超音波シールは、ヒートシールと異なり、かつヒートシールを除外する。ヒートシール手順は、開位置から閉位置に移動する溶銑シールジョーを含む。閉位置において、溶銑ジョーは、ある時間（滞留時間）の間、所定のシール圧力、及び所定のシール温度で、フィルムの最外層と直接接触する。滞留時間の間、熱は、フィルムの最外層を通じて伝達して、対向する内側シール層を溶解及び融合して、ヒートシールを形成する。概して、最外層は、シール層より高い融解温度を有する。したがって、シール層が、融解されて、シールを形成する一方で、フィルムの最外層は、融解せず、シールジョーに粘着または実質的に粘着しない。シールジョーバーへの表面処理は、フィルムへの粘着効果をさらに低減させるように適用され得る。シールジョーが再度開かれた後、フィルムは、室温まで冷却される。
【００２４】
ヒートシールにおいて、対向するフィルムは、界面における材料相互拡散を介して共に結合され、ヒートシールバーの温度及び滞留時間が重要な独立変数となる、シールバーからシール界面への伝導熱流によって促進される。例えば、ポリエチレン等の半結晶ポリマーシーラントの場合、ヒートシールバーの温度は、強力なシールの形成のために、少なくともシーラントの完全な溶解に対応する温度に設定される必要がある。
【００２５】
逆に、超音波シールにおいて、シールバー（ホーン及びアンビルの対）は、典型的には、環境温度であり、超音波発生及び流量は、接触形状、振動振幅及び周波数、静荷重、ならびに材料選択によって決定される従属変数である。界面における完全融解を達成するために必要な超音波エネルギーは、ポリマー内で内部的に発生する。所与の周波数及び接触形状に対し、超音波シール形成に影響するプロセス変数は、振動の振幅及びホーンを通じて印加された、重ねられたシール力である。超音波シールを促進するために必要とされる高温は、ポリマーの粘弾性特性によって決定されるような、超音波への変形エネルギーの部分的な消散によって内部的に発生する。消散されたエネルギーは、温度の上昇を生じさせ、その大きさは、システムの超音波容量に依存する。
【００２６】
従来の超音波溶接システムにおいて、シール力は、ホーン振動の振幅を、材料内の振動変形に転換させ、シールゾーンへのアンビルの徐々の不注意な浸透をもたらす。アンビルからシール領域に延在するエネルギーディレクターの輪郭作られた半球状の形は、シール領域内の応力集中をさらに増幅させ、アンビルの周囲の過剰な材料の流れの問題をさらに悪化させる。
【００２７】
線形粘弾性領域内の振動変形に対し、単位体積当たり（引張変形の正弦波サイクル当たり）の超音波発生率を、式（Ｉ）に示す：
【数１】
0006416209.tif 000002
【００２８】
ｆは、振動の周波数であり、
εは、変形振幅であり、
Ｅ”は、損失弾性率である。
【００２９】
式（Ｉ）は、超音波発生率が、変形の所与の振幅及び周波数に対する損失弾性率に線形的に比例し、一方で、振動振幅への依存度は、２乗であることを示す。式（Ｉ）の超音波シールへの直接的な適用は、（ｉ）変形が均質ではない、（ｉｉ）シール領域内の材料の相当量が非等温である、及び（ｉｉｉ）上記式中の振幅εがホーンのものではなく、シールサイクル時に変動するシール力に依存する、材料に適用される変形のものであるため、問題である。
【００３０】
１．バッキング層及びシール層
プロセスは、多層フィルムを調製することを含む。多層フィルムは、バッキング層、シール層、及び任意の接着剤層を有する。バッキング層に適した材料の非限定的な例は、ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）、ポリアミド、プロピレン系ポリマー（二軸延伸ポリプロピレンまたはＢＯＰＰ等）、及び金属箔（アルミニウム箔等）を含む。
【００３１】
多層フィルムのシール層は、超音波シール可能なオレフィン系ポリマー（ＵＳＯＰ）を含む。
【００３２】
上記の式（Ｉ）を考慮して、出願人は、ポリマーが超音波シールに適しているかを判定するためのパラメータを開発した。第１に、超音波発生率と損失弾性率との間のスケーリングに基づいて、ホーン振動の発生時に高い損失弾性率を示すポリマーが、迅速な超音波処理に望ましい。
【００３３】
第２に、変形振幅への超音波発生率の平方依存は、所与のシール力に対して、より大きい変形振幅がポリマーにおいて実現されることを可能にするため、より低い強剛性のポリマーが望ましいことを示唆する。ホーンへのシール力を増加させることが、振動の開始時にポリマーにおける変形振幅を増強させ得るとしても、融解時にポリマーの押出しを回避するために、超音波シールを生成する最小のシール力が望ましい。半結晶ポリマーの弾性率は、融解時に２桁を超えて減少し得るため、大きいシール力を使うことは、シールゾーンからの融解物の過剰な押出しをもたらす。最小のシール力で最大の超音波発生を確実にするため、シールサイクルの早い段階で振動の最大の振幅を生成するように、低い弾性率を有するポリマーを選択することが望ましい。周囲条件でより低い弾性率を有するポリマーはまた、溶解物の材料の過剰な流動を防ぐさらなる要因である、固体弾性率と融解弾性率との間の差がより小さい。上記に基づいて、変形の発生時、低い貯蔵弾性率と組み合わせられる高い損失弾性率を特徴とするポリマーが望ましい。
【００３４】
第３に、粘弾性消散に起因して発生する超音波は、温度を上昇させ、それによって、界面において半結晶を融解させ、それによって、強力なシールの形成を可能にする。完全な融解のために低温と組み合わせられる融解のより低い超音波を有するポリマーが、迅速な超音波シール特徴にとって望ましい。そのようなポリマーの場合、ポリマーを融解物に形質転換するために必要な振動の持続時間は、著しく短いことができ、したがって、より短いサイクル時間であることができる。
【００３５】
第４に、シール領域から押し出され得る高応力下の融解物の凝固を防ぐために、迅速な緩和時間を有するポリマーが望ましい。迅速な緩和時間は、より低い分子量、狭い分子量分布、長鎖分枝の低減または長鎖分枝なしを含む、要因のうちの１つ以上によって得られ得る。押出されたポリマー材料のビーズは、剥離形状の初期応力の領域を形成し、したがって、周囲の材料へのこのビーズの強力な接着ならびに大きな凍結応力の欠如が、高剥離強度に対して有益である。接着不良または凍結配向を有する領域は、剥離試験時の亀裂の開始及び伝播に対する抵抗性がより低い経路を提供し得る。
【００３６】
第５に、コーキング力の向上、すなわち、シーラントが間隙中及び混入物の周りに流れる能力に対して、低分子量を有するポリオレフィンが望ましい。超音波シールは、ツールと接触している間にシールの効率的な冷却を可能にする、低温シールツールを利用するため、超音波シールは、ホットタック強度（ヒートシール等）によって限定されない。そのような冷却セグメントは、振動の終了後にシールサイクルに組み込まれ得、したがって、従来の超音波シールにおいて可能なものより非常に高速な、迅速なホットタック強度の増強及びポリマーの凝固を可能にする。
【００３７】
したがって、コーキング力及び包装サイクル時間の組み合わせを有する組成物が、本発明の超音波シールプロセスを介して可能にされる。全ての条件が等しいとすると、より低い分子量のポリオレフィンは、高分子量ポリオレフィンより超音波シールの性能が良好である。
【００３８】
上記の原理を考慮して、本発明のプロセスは、シール層のために超音波シール可能なオレフィン系ポリマーを選択することを含む。本明細書で用いられる場合、「超音波シール可能なオレフィン系ポリマー、」（またはＵＳＯＰ）は、超音波エネルギーに供されるときにシールを形成し、以下の特性のそれぞれを有するオレフィン系ポリマーである：
【００３９】
（ａ）１３０Ｊ／ｇ未満の、本明細書に記載される示差走査熱量測定（ＤＳＣ）によって測定される、融解熱（ΔＨｍ）、
（ｂ）１２５℃未満の、本明細書に記載される（ＤＳＣ）方法によって測定される、ピーク融解温度（Ｔｍ）、
（ｃ）Ｇ’が本明細書に記載される動的機械熱分析（ＤＭＴＡ）によって測定される弾性率の同相成分である、１０℃で５０ＭＰａ〜５００ＭＰａのせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）、及び
（ｄ）Ｇ”が本明細書に記載される動的機械熱分析（ＤＭＴＡ）によって測定される弾性率の異相成分である、１０℃で１０ＭＰａを超えるせん断損失弾性率（Ｇ”）。
【００４０】
一実施形態において、ＵＳＯＰは、超音波エネルギーに供されるときにシールを形成し、以下の特性のそれぞれを有するオレフィン系ポリマーである：
【００４１】
（ａ）５０Ｊ／ｇ〜１３０Ｊ／ｇ未満の融解熱（ΔＨｍ）、
（ｂ）９０℃を超えて１２５℃未満のピーク融解温度（Ｔｍ）、
（ｃ）１０℃で５０ＭＰａ〜３５０Ｍｐａのせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）、及び
（ｄ）１０ＭＰａを超えて４０ＭＰａまでのせん断損失弾性率（Ｇ”）。
【００４２】
一実施形態において、超音波シール可能なオレフィン系ポリマーは、プロピレン系プラストマーまたはエラストマー（「ＰＢＰＥ」）である。「プロピレン系プラストマーまたはエラストマー」（または「ＰＢＰＥ」）は、プロピレンに由来する単位の少なくとも５０重量パーセント及びプロピレン以外のコモノマーに由来する単位の少なくとも約５重量パーセントを有する少なくとも１つのコポリマーを含む。そのようなＰＢＰＥタイプのポリマーは、米国特許第６，９６０，６３５号及び同第６，５２５，１５７号にさらに記載され、参照により本明細書に組み込まれる。そのようなＰＢＰＥは、商品名ＶＥＲＳＩＦＹでＴｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されるか、または商品名ＶＩＳＴＡＭＡＸＸでＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販される。
【００４３】
一実施形態において、ＰＢＰＥは、さらに、（Ａ）プロピレンに由来する単位の６０〜１００未満、８０〜９９、または８５〜９９重量％、及び（Ｂ）エチレン及び任意に１つ以上のＣ４ー１０−オレフィンに由来する単位のゼロを超えて４０までの、または１〜２０、４〜１６、または４〜１５重量％を含むと特徴付けられ、かつ平均少なくとも０．００１、少なくとも０．００５、または少なくとも０．０１の長鎖分岐／１０００全炭素を含有すると特徴付けられ、用語長鎖分岐は、短鎖分岐より少なくとも１つ多い炭素の鎖長を指し、短鎖分岐は、コモノマー中の炭素の数より２つ少ない炭素の鎖長を指す。例えば、プロピレン／１−オクテンインターポリマーは、長さが少なくとも７個の炭素の長鎖分岐を有する骨格を有するが、これらの骨格は、長さが６個のみの炭素の短鎖分岐も有する。プロピレン／エチレンコポリマーインターポリマーにおける長鎖分岐の最大数は、３長鎖分岐／１０００全炭素を超えない。
【００４４】
一実施形態において、ＰＢＰＥコポリマーは、５５℃〜１２５℃未満の融解温度（Ｔｍ）を有する。
【００４５】
ＵＳＯＰに適したＰＢＰＥの非限定的な例は、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＶＥＲＳＩＦＹ  ２０００及びＶＥＲＳＩＦＹ  ２２００を含む。
【００４６】
一実施形態において、超音波シール可能なオレフィン系ポリマーは、直鎖状低密度ポリエチレンである。直鎖状低密度ポリエチレン（「ＬＬＤＰＥ」）は、重合形態において、ＬＬＤＰＥの総重量に基づいてエチレンに由来する単位の大部分の重量パーセントを含む。一実施形態において、ＬＬＤＰＥは、エチレンのインターポリマー及び少なくとも１つのエチレン性不飽和コモノマーである。一実施形態において、コモノマーは、Ｃ３−Ｃ２０α−オレフィンである。別の実施形態において、コモノマーは、Ｃ３−Ｃ８α−オレフィンである。別の実施形態において、Ｃ３−Ｃ８α−オレフィンは、プロピレン、１−ブテン、１−ヘキセン、または１−オクテンから選択される。一実施形態において、ＬＬＤＰＥは、以下のコポリマーから選択される：エチレン／プロピレンコポリマー、エチレン／ブテンコポリマー、エチレン／ヘキセンコポリマー、及びエチレン／オクテンコポリマー。さらなる実施形態において、ＬＬＤＰＥは、エチレン／オクテンコポリマーである。
【００４７】
一実施形態において、ＬＬＤＰＥは、０．８６５ｇ／ｃｃ〜０．９４０ｇ／ｃｃ、または０．９０ｇ／ｃｃ〜０．９４ｇ／ｃｃの範囲の密度を有する。ＬＬＤＰＥは、０．１ｇ／１０分〜１０ｇ／１０分、または０．５ｇ／１０分〜５ｇ／１０分のメルトインデックス（ＭＩ）を有する。
【００４８】
ＬＬＤＰＥは、チーグラー・ナッタ触媒またはシングルサイト触媒、例えば、バナジウム触媒、拘束幾何触媒、及びメタロセン触媒で生成することができる。一実施形態において、ＬＬＤＰＥは、チーグラー・ナッタタイプの触媒で生成される。ＬＬＤＰＥは、直鎖状であり、長鎖分枝を含有せず、分岐した、または不均質に分岐したポリエチレンである低密度ポリエチレン（「ＬＤＰＥ」）と異なる。ＬＤＰＥは、主なポリマー骨格から延在する比較的多数の長鎖分岐を有する。ＬＤＰＥは、フリーラジカル開始剤を用いて高圧で調製することができ、典型的には、０．９１５ｇ／ｃｃ〜０．９４０ｇ／ｃｃの密度を有する。
【００４９】
一実施形態において、ＬＬＤＰＥは、チーグラー・ナッタ触媒エチレン及びオクテンコポリマーであり、０．９０ｇ／ｃｃ〜０．９３ｇ／ｃｃ、または０．９２ｇ／ｃｃの密度を有する。適したチーグラー・ナッタ触媒ＬＬＤＰＥの非限定的な例は、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍｉｄｌａｎｄ，Ｍｉｃｈｉｇａｎから入手可能な商品名ＤＯＷＬＥＸで販売されるポリマーである。
【００５０】
ＵＳＯＰに適したＬＬＤＰＥの非限定的な例は、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＤＯＷＬＥＸ  ５０５６Ｇを含む。
【００５１】
一実施形態において、超音波シール可能なオレフィン系ポリマーは、超低密度ポリエチレンである。超低密度ポリエチレン（「ＵＬＤＰＥ」）は、重合形態において、ＵＬＤＰＥの総重量に基づいてエチレンに由来する単位の大部分の重量パーセントを含む。一実施形態において、ＵＬＤＰＥは、エチレンのインターポリマー及び少なくとも１つのエチレン性不飽和コモノマーである。一実施形態において、コモノマーは、Ｃ３−Ｃ２０α−オレフィンである。別の実施形態において、コモノマーは、Ｃ３−Ｃ８α−オレフィンである。別の実施形態において、Ｃ３−Ｃ８α−オレフィンは、プロピレン、１−ブテン、１−ヘキセン、または１−オクテンから選択される。一実施形態において、ＵＬＤＰＥは、以下のコポリマーから選択される：エチレン／プロピレンコポリマー、エチレン／ブテンコポリマー、エチレン／ヘキセンコポリマー、及びエチレン／オクテンコポリマー。さらなる実施形態において、ＵＬＤＰＥは、エチレン／オクテンコポリマーである。
【００５２】
一実施形態において、ＵＬＤＰＥは、０．９００ｇ／ｃｃ〜０．９１５ｇ／ｃｃの範囲の密度を有する。ＵＬＤＰＥは、０．１ｇ／１０分〜１０ｇ／１０分、または０．５ｇ／１０分〜５ｇ／１０分のメルトインデックス（ＭＩ）を有する。
【００５３】
ＵＳＯＰに適したＵＬＤＰＥの非限定的な例は、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＡＴＴＡＮＥ  ４１００及びＡＴＴＡＮＥ  ＳＬ４１０２を含む。
【００５４】
一実施形態において、超音波シール可能なオレフィン系ポリマーは、ポリオレフィンプラストマー（またはＰＯＰ）である。適したＰＯＰの非限定的な例は、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＡＦＦＩＮＩＴＹ  ＰＬ  １８８１Ｇ等のエチレン／オクテンプラストマーを含む。
【００５５】
一実施形態において、超音波シール可能なオレフィン系ポリマーは、エチレン／アクリル酸コポリマー（またはＥＡＡ）である。適したエチレン／アクリル酸コポリマーの非限定的な例は、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＰＲＩＭＡＣＯＲ  １４１０である。
【００５６】
一実施形態において、ＵＳＰＯは、ポリブテンである。
【００５７】
一実施形態において、ＵＳＯＰは、プロピレン／ブテン／エチレンターポリマー等のプロピレン系ターポリマーである。
【００５８】
プロセスは、第１の多層フィルムのシール層を第２の多層フィルムのシール層に接触させて、シール領域を形成することを含む。第２の多層フィルムは、第１の多層フィルムと同一であるか、または異なる多層フィルムの成分であり得る。第２の多層フィルムのシール層の組成物は、第１の多層フィルムのシール層の組成物と同一であり得るか、または異なり得る。
【００５９】
一実施形態において、第２の多層フィルムは、第１の多層フィルムと同一の材料組成物及び構造を有する。
【００６０】
プロセスは、さらに、シール領域に（ｉ）超音波エネルギー及び（ｉｉ）２Ｎ／ｍｍ、または３Ｎ／ｍｍ、または４Ｎ／ｍｍ〜５Ｎ／ｍｍ、または６Ｎ／ｍｍのシール力を供すること、及び３０Ｎ／１５ｍｍ、または３１Ｎ／１５ｍｍ、または３２Ｎ／１５ｍｍ、または３３Ｎ／１５ｍｍ、または３４Ｎ／１５ｍｍ、または３５Ｎ／１５ｍｍ、または３６Ｎ／１５ｍｍ、または３７Ｎ／１５ｍｍ、または３８Ｎ／１５ｍｍ、または３９Ｎ／１５ｍｍ、または４０Ｎ／１５ｍｍ、または４５Ｎ／１５ｍｍ、または５０Ｎ／１５ｍｍ、または５５Ｎ／１５ｍｍ、または６０Ｎ／１５ｍｍ、または６５Ｎ／１５ｍｍ〜７０Ｎ／１５ｍｍ、または７５Ｎ／１５ｍｍ、または８０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有するシール層間に超音波シールを形成することを含む。
【００６１】
超音波エネルギー及びシール力パラメータの非限定的な例を、以下の表Ａに提供する。供するステップは、以下の表Ａに示される任意のパラメータの組み合わせを含み得る。
【表Ａ】
0006416209.tif 000003
【００６２】
出願人は、ＵＳＯＰ（特性（ａ）〜（ｄ））に対する要件を満たすポリマー材料が、最小のシール力（２〜６Ｎ／ｍｍ）を用いて強力な超音波シール形成（３０〜８０Ｎ／１５ｍｍ）を予想外に可能にすることを発見した。特定の理論に制限されず、上述の特性（ａ）〜（ｄ）を有するＵＳＯＰの選択は、適した超音波シールを生成するために必要とされるシール力を相乗的に最小化すると考えられる。最小のシール力（２〜６Ｎ／ｍｍ）は、有利に、（ｉ）フィルムポリマーへの応力を低減し、（ｉｉ）他のフィルム層（例えば、障壁層等）への損傷を低減または除去し、（ｉｉｉ）シール領域からのポリマーの「押出し」を低減または除去し、及び（ｉｖ）混入物がシール領域内に存在するときのシール形成を可能にする。特定の超音波シール用途と適合するように特性（ａ）〜（ｄ）を適合させることで、本発明のプロセスは、それぞれ、例えば、ＦＦＳ生成の場合等の可撓性ポーチの商業規模の生成時に有利である、より少ないエネルギーを用いること（荷重強度を最小化すること）及びシール不良を最小化することによって、生成効率を有利に増加させる。
【００６３】
一実施形態において、第１の多層フィルムのシール層及び第２の多層フィルムのシール層は、同一の材料である。
【００６４】
一実施形態において、多層フィルムは、対向するシール層が互いに向き合うようにその上に折り畳まれ、シール領域を形成する。この実施形態において、第１の多層フィルムは、折り畳まれた第１の部分であり、第２の多層フィルムは、その上に折り畳まれる、折り畳まれたフィルムの第２の部分である。言い換えると、第２の多層フィルムは、シール層にわたって折り畳まれ、シール層に対して対向して設置される、多層フィルムの一部である。同一のシール層の一部を互いに対して対向して設置して、シールを形成する、単一の多層フィルムの操作は、例えば、フォーム、フィル、及びシール包装システムにおいて行われる。
【００６５】
一実施形態において、シール領域内のフィルム部分は、超音波シール装置のホーン及びアンビルと接触する。プロセスは、形成するステップ時に、ホーンを、０ミクロン、または０ミクロンを超える、または２ミクロン、または５ミクロンから１０ミクロン、または１５ミクロン、または２０ミクロンの距離に移動させることを含む。シールプロセス時のホーン移動は、例えば、レーザーセンサーを用いて測定することができる。この方法で、本発明のプロセスは、超音波シールプロセス時に、シール領域へのホーン移動を有利に低減または除去する。
【００６６】
一実施形態において、バッキング層は、ポリ（エチレンテレフタレート）（またはＰＥＴ）であり、シール層は、単層であり、ＵＳＯＰを含む。シール層内に存在するＵＳＯＰは、ＵＬＤＰＥ及びＰＯＰから選択される。プロセスは、シール領域に超音波エネルギー及び４Ｎ／ｍｍ〜６Ｎ／ｍｍ、または４Ｎ／ｍｍのシール力に供すること、及び３７Ｎ／１５ｍｍ〜５５Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成することを含む。
【００６７】
一実施形態において、バッキング層は、ＢＯＰＰであり、シール層は、単層であり、ＵＬＤＰＥ、ＰＢＰＥ、及びＰＯＰから選択されるＵＳＯＰを含む。プロセスは、シール領域に超音波エネルギー及び３Ｎ／ｍｍ〜６Ｎ／ｍｍまたは４Ｎ／ｍｍのシール力を供すること、及び５５Ｎ／１５ｍｍ〜８０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成することを含む。
【００６８】
一実施形態において、シール層は、共押出構造を含む。共押出構造は、表面層、コア層、及び内層を含む。バッキング層は、共押出構造に積層される。これは、以下の層構造を有する多層フィルムを形成する：バッキング層／接着剤層／内層／コア層／表面層。表面層は、接触層である。内層は、バッキング層とコア層との間に位置する。コア層は、ＵＬＤＰＥ、ＰＢＰＥ、及びＰＯＰから選択されるＵＳＯＰを含む。プロセスは、シール領域に超音波エネルギー及び４Ｎ／ｍｍのシール力を供すること、及び３５Ｎ／１５ｍｍ〜５５Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成することを含む。
【００６９】
一実施形態において、シールは、共押出構造を含む。共押出構造は、表面層、コア層、及び内層を含む。コア層及び任意に内層は、ＵＳＯＰを含む。表面層は、ＵＳＯＰがない。プロセスは、３５Ｎ／１５ｍｍ〜５０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成することを含む。ＵＳＯＰの適切な選択で、本発明のプロセスは、表面層ではない共押出層のうちの１つにＵＳＯＰを設置することを可能にする。特性（ａ）〜（ｄ）を有するＵＳＯＰの選択は、強力な超音波シール（３０〜８０Ｎ／１５ｍｍ）を生成するためにＵＳＯＰが表面層に存在することを必要としないことを、出願人は予想外に発見した。
【００７０】
２．混合物
第１の多層フィルム及び第２の多層フィルムにおける任意の層は、２つ以上の成分の混合物であり得る。
【００７１】
一実施形態において、多層フィルムは、シール層である共押出構造を含む。コア層及び任意に内層は、低密度ポリエチレン及びＵＳＯＰの混合物を含む。表面層は、ＬＤＰＥがない。用語「低密度ポリエチレンまたは「ＬＤＰＥ」は、管状高圧重合プロセス等のオートクレーブまたは高圧重合プロセスで作られるポリエチレンである。さらなる実施形態において、ＬＤＰＥは、直鎖状低密度ポリエチレン及び高密度ポリエチレンを除外する。ＬＤＰＥは、０．２ｇ／１０分、または０．５ｇ／１０分〜１０ｇ／１０分、または２０ｇ／１０分、または５０ｇ／１０分のメルトインデックス（ＭＩ）を有する。
【００７２】
ＬＤＰＥは、０．９１５ｇ／ｃｃ〜０．９２５ｇ／ｃｃ、または０．９３０ｇ／ｃｃ、０．９３５ｇ／ｃｃ、または０．９４０ｇ／ｃｃの密度を有する。
【００７３】
一実施形態において、多層フィルムは、障壁層を含む。障壁層は、バッキング層とシール層との間に位置する内層である。障壁層に適したポリマーは、ＨＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、ＬＤＰＥ、エチレンビニルアルコールコポリマー（ＥＶＯＨ）、無水マレイン酸変性ポリエチレン、ポリアミド（ＰＡ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、プロピレンホモポリマー（ＰＰ）及び塩化ビニリデンポリマー、ならびにそれらの組み合わせを含む。
【００７４】
多くの商業的用途において、２つの超音波シール可能な可撓性フィルムは、第１の多層フィルムのシール層が第２の多層フィルムのシール層と接触するように、第２の多層フィルムが第１の多層フィルム上に重ねられるように、共に用いられる。他の用途において、単一の多層フィルムまたは単一のシートは、同一のシール層の２つの表面が互いに接触するように折り畳まれ得る。
【００７５】
本発明のプロセスは、本明細書に開示される２つ以上の実施形態を含み得る。
【００７６】
３．フィルム構造
本発明のプロセスは、シールされたフィルム構造を生成する。一実施形態において、プロセスは、フィルム構造を生成する。フィルム構造は、第１の多層フィルム及び第２の多層フィルムを含む。各多層フィルムは、バッキング層及びシール層を含む。各シール層は、以下の特性を有する超音波シール可能なオレフィン系ポリマー（ＵＳＯＰ）を含む：
【００７７】
（ａ）１３０Ｊ／ｇ未満の融解熱（ΔＨｍ）、
（ｂ）１２５℃未満のピーク融解温度（Ｔｍ）、
（ｃ）５０ＭＰａ〜５００ＭＰａのせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）、及び
（ｄ）１０ＭＰａを超えるせん断損失弾性率（Ｇ”）。
【００７８】
多層フィルムは、第１の多層フィルムのシール層が第２の多層フィルムのシール層と接触するように配置される。シール層は、４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされると、３０Ｎ／１５ｍｍ〜８０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成する。
【００７９】
一実施形態において、４Ｎ／ｍｍで超音波シールされると、シール層は、３０Ｎ／１５ｍｍ、または３１Ｎ／１５ｍｍ、または３２Ｎ／１５ｍｍ、または３３Ｎ／１５ｍｍ、または３４Ｎ／１５ｍｍ、または３５Ｎ／１５ｍｍ、または３６Ｎ／１５ｍｍ、または３７Ｎ／１５ｍｍ、または３８Ｎ／１５ｍｍ、または３９Ｎ／１５ｍｍ、または４０Ｎ／１５ｍｍ、または４５Ｎ／１５ｍｍ、または５０Ｎ／１５ｍｍ、または５５Ｎ／１５ｍｍ、または６０Ｎ／１５ｍｍ、または６５Ｎ／１５ｍｍ〜７０Ｎ／１５ｍｍ、または７５Ｎ／１５ｍｍ、または８０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成する。
【００８０】
一実施形態において、フィルム構造のバッキング層は、ＰＥＴ、ポリアミド、ＢＯＰＰ、金属箔、及びそれらの組み合わせから選択される材料である。
【００８１】
一実施形態において、フィルム構造のＵＳＯＰは、ＰＢＰＥ、ＬＬＤＰＥ、ＵＬＤＰＥ、ＰＯＰ、及びそれらの組み合わせから選択される材料である。
【００８２】
一実施形態において、多層フィルムは、障壁層を含む。
【００８３】
一実施形態において、第１の多層フィルム及び第２の多層フィルムは、単一の可撓性シートの成分である。単一の可撓性シートは、第２の多層フィルムを第１の多層フィルム上に重ねるように折り畳まれる。
【００８４】
一実施形態において、フィルム構造は、多層フィルムを含み、バッキング層は、ＢＯＰＰを含み、シール層は、ＵＬＤＰＥ、ＰＯＰ、及びＰＢＰＥから選択されるＵＳＯＰを含む単層である。シール層は、４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされると、５５Ｎ／１５ｍｍ〜８０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成する。
【００８５】
一実施形態において、フィルム構造は、多層フィルムを含み、バッキング層は、ＰＥＴであり、シール層は、ＵＬＤＰＥ、ＰＯＰ、及びＰＢＰＥから選択されるＵＳＯＰを含む単層である。シール層は、４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされると、３７Ｎ／１５ｍｍ〜５５Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成する。
【００８６】
一実施形態において、フィルム構造は、多層フィルムを含み、シール層は、表面層、コア層、及び内層を含む共押出構造である。表面層は、ＵＬＤＰＥ、ＰＯＰ、及びＰＢＰＥから選択されるＵＳＯＰを含む。シール層は、４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされると、３５Ｎ／１５ｍｍ〜５５Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成する。
【００８７】
一実施形態において、フィルム構造は、多層フィルムを含み、シール層は、表面層、コア層、及び内層を含む共押出構造である。コア層及び内層のうちの少なくとも１つは、ＵＬＤＰＥ、ＰＯＰ、及びＰＢＰＥから選択されるＵＳＯＰを含む。表面層は、ＵＳＯＰがない。シール層は、４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされると、３５Ｎ／１５ｍｍ〜５０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成する。
【００８８】
一実施形態において、フィルム構造は、多層フィルムを含み、第２の多層フィルムは、第１の多層フィルムの上に重ねられて、共通の周縁部を形成する。超音波シールは、共通の周縁部に沿って位置する。
【００８９】
一実施形態において、超音波シールは、硬性シールである。
【００９０】
一実施形態において、超音波シールは、破砕性シールである。
【００９１】
一実施形態において、本開示は、本発明のフィルム構造を含む可撓性容器を含む。適した可撓性容器の非限定的な例は、ポーチ、小袋、スタンド式ポーチ、及びフォーム−フィル−及びシールポーチを含む。
【００９２】
本発明のフィルム構造は、本明細書に開示される２つ以上の実施形態を含み得る。
【００９３】
４．可撓性容器
本発明のプロセスは、可撓性容器を生成する。一実施形態において、可撓性容器は、第１の多層フィルム及び第２の多層フィルムを含む。各多層フィルムは、バッキング層及びシール層を含む。シール層は、以下の特性を有する超音波シール可能なオレフィン系ポリマー（ＵＳＯＰ）を含む：
【００９４】
（ａ）１３０Ｊ／ｇ未満の融解熱（ΔＨｍ）、
（ｂ）１２５℃未満のピーク融解温度（Ｔｍ）、
（ｃ）５０ＭＰａ〜５００ＭＰａのせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）、及び
（ｄ）１０ＭＰａを超えるせん断損失弾性率（Ｇ”）。
【００９５】
多層フィルムは、各多層フィルムのシール層が互いに接触するように配置され、第２の多層フィルムは、第１の多層フィルム上に重ねられて、共通の周縁部を形成する。可撓性容器は、２倍ゾーン及び４倍ゾーンを含む。２倍ゾーン及び４倍ゾーンは、ゾーンが４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされると、３０Ｎ／１５ｍｍ〜８０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールをそれぞれ形成する。
【００９６】
一実施形態において、２倍ゾーン及び４倍ゾーンは、４Ｎ／ｍｍで超音波シールされ、３０Ｎ／１５ｍｍ、または３１Ｎ／１５ｍｍ、または３２Ｎ／１５ｍｍ、または３３Ｎ／１５ｍｍ、または３４Ｎ／１５ｍｍ、または３５Ｎ／１５ｍｍ、または３６Ｎ／１５ｍｍ、または３７Ｎ／１５ｍｍ、または３８Ｎ／１５ｍｍ、または３９Ｎ／１５ｍｍ、または４０Ｎ／１５ｍｍ、または４５Ｎ／１５ｍｍ、または５０Ｎ／１５ｍｍ、または５５Ｎ／１５ｍｍ、または６０Ｎ／１５ｍｍ、または６５Ｎ／１５ｍｍ〜７０Ｎ／１５ｍｍ、または７５Ｎ／１５ｍｍ、または８０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成する。
【００９７】
一実施形態において、２倍ゾーンは、共通の周縁部の少なくとも一部を含む。
【００９８】
一実施形態において、４倍ゾーンは、縦方向シールの少なくとも一部を含む。
【００９９】
一実施形態において、可撓性容器の多層フィルムは、ＰＥＴ及びＢＯＰＰから選択されるバッキング層を含む。
【０１００】
一実施形態において、可撓性容器は、多層フィルムを含み、シール層は、単層であり、ＵＬＤＰＥ、ＰＯＰ、ＰＢＰＥ、及びそれらの組み合わせから成る群から選択されるＵＳＯＰを含む。
【０１０１】
一実施形態において、２倍ゾーンは、ガセットシールである。
【０１０２】
一実施形態において、４倍ゾーンは、断面フィンシールである。
【０１０３】
適した可撓性容器の非限定的な例は、ポーチ、小袋、スタンド式ポーチ、及びフォーム−フィル−及びシールポーチを含む。
【０１０４】
可撓性容器による封じ込めに適した内容物の非限定的な例は、食品（飲料、スープ、チーズ、シリアル、スナック、クラッカー、ポテトチップ）、液体、シャンプー、油、ワックス、軟化薬、ローション、保湿剤、薬剤、ペースト、界面活性剤、ゲル、接着剤、懸濁液、溶液、酵素、石鹸、化粧品、リニメント剤、流動性微粒子、及びそれらの組み合わせを含む。
【０１０５】
本発明の可撓性容器は、本明細書に開示される２つ以上の実施形態を含む。
【０１０６】
定義
否定する記載がない限り、文脈から暗に、または本技術分野において慣習的に、全ての部及びパーセントは、重量に基づき、全ての試験方法は、本開示の出願日の時点で現行のものである。
【０１０７】
本明細書で用いられる場合、用語「組成物」は、組成物を含む材料の混合物、ならびに反応生成物及び組成物の材料から形成される分解生成物を含む。
【０１０８】
用語「含む」及びその派生語は、任意のさらなる成分、ステップ、または手順が、本明細書で開示されているかにかかわらず、それらの存在を除外するよう意図されない。曖昧さを避けるために、用語「含む」の使用を通じて、本明細書で主張される全ての組成物は、否定する記載がない限り、任意のさらなる添加剤、アジュバント、またはポリマー化合物であるかにかかわらず化合物を含み得る。対照的に、用語「から本質的に成る」は、実施可能性に不可欠でないものを除き、任意の次に続く詳説の範囲から他の任意の成分、ステップ、または手順を除外する。用語「から成る」は、具体的に規定または列挙されていない任意の成分、ステップ、または手順を除外する。用語「または」は、別途示されない限り、個々に、または任意の組み合わせで列挙されている部材を指す。
【０１０９】
本明細書で用いられる場合、用語「エチレン系ポリマー」は、重合形態において、（ポリマーの重量に基づいて）エチレンモノマーの大部分の量を含むポリマーを指し、任意に、１つ以上のコモノマーを含み得る。
【０１１０】
本明細書で用いられる場合、用語オレフィン系ポリマー」は、重合形態において、（ポリマーの重量に基づいて）、例えば、エチレンまたはプロピレン等のオレフィンモノマーの大部分の量を指す。
【０１１１】
本明細書で用いられる場合、用語「プロピレン系ポリマー」は、重合形態において、（ポリマーの重量に基づいて）プロピレンモノマーの大部分の量を含むポリマーを指し、任意に、１つ以上のコモノマーを含み得る。
【０１１２】
本明細書で用いられる場合、用語「プロピレン／エチレンコポリマー」は、重合形態において、（ポリマーの重量に基づいて）プロピレンモノマーの大部分の量及びエチレンコモノマーの少量を含み、任意に、１つ以上のさらなるコモノマーを含み得る。
【０１１３】
試験方法
ＡＳＴＭ  Ｄ７９２に従い密度を測定する。
【０１１４】
ＤＭＴＡ（動的機械熱分析）
試料を、１８５℃で顆粒から圧縮成形し、１０±５℃／分の平均冷却速度で凝固させる。成形したシートから長方形の試料を測定のためにカットする。ねじれの動的機械測定を、−１００℃から試料の完全な融解温度の付近の温度範囲で、ＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓによる回転レオメータＡＲＥＳで行う。温度は、１２０秒のソーク時間で５℃ずつ上昇する。１０ｒａｄ／ｓの周波数で０．１％の動的振動変形を、長さ３０ｍｍ、幅１２．７ｍｍ、及び厚さ２．８ｍｍの長方形の試料に適用する。測定したトルクを用いて、温度の関数として、せん断貯蔵及び損失弾性率Ｇ’及びＧ”を計算する。
【０１１５】
示差走査熱量測定（ＤＳＣ）
示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を用いて、ポリマー（例えば、エチレン系（ＰＥ）ポリマー）の融解及び結晶化挙動を測定する。最初に、試料を、約１７５℃で薄膜フィルムに融解加圧し、その後、室温まで冷却する。約５〜８ｍｇのポリマーフィルム試料を、ダイパンチでカットし、秤量し、ＤＳＣ皿に設置する。蓋を皿に圧着して、閉雰囲気を確実にする。試料皿を、窒素ガスでパージした、較正されたＤＳＣセルに設置し、その後、ＰＥの場合、約１０℃／分の速度で１８０℃の温度まで加熱する。試料を、３分間この温度で保持する。その後、試料を、１０℃／分の速度で−４０℃まで冷却して、結晶化トレースを記録し、３分間その温度で等温的に保持する。その後、試料を完全な融解まで１０℃／分の速度で再加熱し、結果としての第２の融解トレースを用いて、融解熱及び融解温度を計算する。パーセント結晶化度は、第２の加熱曲線から判定される融解熱（Ｈｍ）を、ＰＥの場合、２９２Ｊ／ｇｆ（ＰＰの場合、１６５Ｊ／ｇ）の理論熱融解で割り、この量に１００を掛けることによって計算する（例えば、％結晶化度＝（Ｈｍ／２９２Ｊ／ｇ）×１００（ＰＥの場合））。
【０１１６】
別途述べられない限り、ピーク融点（Ｔｍ）は、第２の加熱曲線から判定し、吸熱量の最高ピークの温度と一致する。結晶化温度（Ｔｃ）は、冷却曲線（ピークＴｃ）から判定する。
【０１１７】
メルトフローレートまたはＭＦＲを、ＡＳＴＭ  Ｄ  １２３８、条件２３０℃／２．１６ｋｇに従い測定する。
【０１１８】
メルトインデックスまたはＭＩを、ＡＳＴＭ  Ｄ  １２３８、条件１９０℃／２．１６ｋｇに従い測定する。
【０１１９】
シール強度
シールは、シールバーを構成インフレーションフィルムの横方向に整列させることによって、幅１００ｍｍの試料を用いて行う。幅１５ｍｍの３つの試料をシール強度の測定のためにカットする。手順を３回繰り返して、シール強度試験のために合計９つの検体を取得する。シール強度は、ＤＩＮ  ５５５２９に従って測定する。引っ張り速度は、Ｔ剥離形状に荷重される長さ５０ｍｍアームの場合、１００ｍｍ／分である。シール強度は、最大の力伸長曲線から判定される。報告される値は、９つの検体のシール強度の平均及び標準偏差である。
【０１２０】
次に、いくつかの本開示の実施形態を、以下の実施例において詳細に説明する。
【実施例】
【０１２１】
１．材料
本発明の実施例の材料及び比較試料を以下の表１に提供する。
【表１−１】
0006416209.tif 000004
【表１−２】
0006416209.tif 000005
【０１２２】
図１は、表１のＵＳＯＰを含むいくつかのＵＳＯＰに対するＧ’対Ｇ”のプロットを示す。
【０１２３】
実施例１
シール層は、インフレーションフィルム押出しによって形成される単層構造または共押出構造であり得る。
１．単層インフレーションフィルムを、４５ｍｍ（２８Ｌ／Ｄ）の押出機及び１５０ｍｍ直径のダイを有するＣｏｖｅｘインフレーションフィルムライン上で調製する。ダイギャップは、ＬＬＤＰＥ及びエチレンコポリマーでは１．５ｍｍ、ＬＤＰＥでは１．０ｍｍ、及びプロピレンコポリマーでは２．０ｍｍである。５０ミクロンゲージのフィルムを、２．５のブローアップ比を用いて２２．５ｋｇ／ｈで生成する。融解温度は、２２０℃である。フィルムを、４４ダインの表面張力のためにコロナ処理する。
２．共押出多層インフレーションフィルムを、２台の５０ｍｍ表面押出機（３０Ｌ／Ｄ）及び６５ｍｍコア層押出機（３０Ｌ／Ｄ）ならびに内部気泡冷却が装備されている２００ｍｍ直径のダイを備えるＡｌｐｉｎｅライン上で調製する。ダイギャップは、２．５ｍｍである。５０ミクロンゲージのフィルムを、三層構造に対して１：３：１の公称厚さ比を用いて、１１５ｋｇ／ｈの総出力速度で生成する。ブローアップ比は、２．５であり、融解温度は、約２３０℃である。フィルムを、４４ダインの表面張力のためにシーラントの側面でコロナ処理する。
【０１２４】
多層フィルムを、５０ミクロンシール層（単層構造または共押出構造のいずれか）上にバッキング層（１２ミクロンＰＥＴ層または２０ミクロンＢＯＰＰ層）を積層することによって生成する。バッキング層は、接着剤層を用いてシール層に積層される。積層をオーブン硬化して、接着剤を完全に硬化し、超音波シール可能な可撓性フィルム構造を形成する。シール層が共押出構造である場合、多層フィルムは、以下の層構成を有する：バッキング層（１２または２０）／接着剤層／内層（１０）／コア層（３０）／表面層（１０）、括弧内はミクロンでの厚さ）。
【０１２５】
多層フィルムは、以下の表２に提供される条件で超音波シールされる。
【０１２６】
表２は、多層フィルムを評価するために用いられる超音波シール条件を提供する。
【表２】
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【０１２７】
対向する多層フィルムのシール層は互いに接触するように設置され、上記の表２の超音波シール条件に供される。
【０１２８】
図２Ａは、図２Ｂに概略的に表されるような平面シール形状で生成される超音波シールの概略図である。
【０１２９】
図３Ａは、図３Ｂに概略的に表されるような２倍／４倍シール形状で生成される２倍ゾーン及び４倍ゾーンに対する超音波シールの概略図である。
【０１３０】
以下の表３は、本発明の超音波ヒートシール及び比較試料に対する特性を提供する。
【表３−１】
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【表３−２】
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【表３−３】
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【０１３１】
考察
図４〜６は、単層シール層及びＰＥＴバッキング層またはＢＯＰＰバッキング層を有する多層フィルムに対する超音波シール強度（ＵＳＳ）対シール力曲線を示す。
【０１３２】
図７は、単層シール層及び共押出シール層に対するＵＳＳ対シール力を示す。実施例６の単層シールは、実施例１６（ＡＦＦＩＮＩＴＹ  １８８１Ｇ）の表面層と同一である。実施例５の単層シールは、実施例１７（ＡＴＴＡＮＥ  ４１０２）の表面層と同一である。実施例８の単層は、実施例１８（ＶＥＲＳＩＦＹ  ２２００）の表面層と同一である。
【０１３３】
図８は、２倍／４倍シール形状で製造される超音波シールに対するＵＳＳ対シール力曲線を示す。
【０１３４】
Ａ．出願人は、ＵＳＯＰが（ｉ）単層シール層、（ｉｉ）共押出シール層の表面層、または（ｉｉｉ）共押出シール層のコア層及び／または内層に存在すること、及び表面層にないこと、ならびにシール力が、３５〜５５Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを生成することを発見した。言い換えると、ＵＳＯＰは、強力な超音波シールの生成に寄与するために、表面層に存在する必要はない。
【０１３５】
Ｂ．出願人は、シール層内のＵＳＯＰがバッキング層に適合されると、バッキング層は、強化されたＵＳＳに相乗的に寄与する。バッキング層がＢＯＰＰである場合、４〜６Ｎ／ｍｍ、または４Ｎ／ｍｍのシール力は、５５Ｎ／１５ｍｍ〜８０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを生成する。バッキング層及びＵＳＯＰの適切な選択で、層は、シール強度の向上に寄与する。
【０１３６】
Ｃ．出願人は、２倍ゾーン及び４倍ゾーンを有し、４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされる、可撓性フィルム容器におけるＵＳＯＰの使用は、ヒートシールされた同一の２倍／４倍シールより０．８大きいＵＳＳを有することを発見した（０．８大きいＵＳＳ：ＰＨＳＳ比）。
【０１３７】
本開示は、本明細書に包含される実施形態及び例示に限定されないが、以下の特許請求の範囲に入る、実施形態の一部及び様々な実施形態の要素の組み合わせを含む、それらの実施形態の修正された形態を含むよう特に意図される。
本発明は、以下の態様を含む。
［１］
超音波ポリマーシールを生成するためのプロセスであって、
バッキング層と、以下の特性を有する超音波シール可能なオレフィン系ポリマー（ＵＳＯＰ）を含むシール層と、を含む多層フィルムを調製することと、
（ａ）１３０Ｊ／ｇ未満の融解熱（ΔＨｍ）、
（ｂ）１２５℃未満のピーク融解温度（Ｔｍ）、
（ｃ）５０ＭＰａ〜５００ＭＰａのせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）、及び
（ｄ）１０ＭＰａを超えるせん断損失弾性率（Ｇ”）
前記多層フィルムの前記シール層を第２の多層フィルムのシール層と接触させて、シール領域を形成することと、
前記シール領域に超音波エネルギーを供することと、
３０Ｎ／１５ｍｍ〜８０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成することと、を含む、前記プロセス。
［２］
前記シール領域に（ｉ）超音波エネルギー及び（ｉｉ）２Ｎ／ｍｍ〜６Ｎ／ｍｍのシール力を供することを含む、［１］に記載の前記プロセス。
［３］
超音波シール装置のホーンとアンビルとの間に前記シール領域を設置することと、前記シール領域に（ｉ）超音波エネルギー及び（ｉｉ）４Ｎ／ｍｍのシール力を供することと、を含む、［１］に記載の前記プロセス。
［４］
第１の多層フィルム及び第２の多層フィルムを含むフィルム構造であって、各多層フィルムは、バッキング層及びシール層を含み、各シール層は、以下の特性を有する超音波シール可能なオレフィン系ポリマー（ＵＳＯＰ）を含み、
（ａ）１３０Ｊ／ｇ未満の融解熱（ΔＨｍ）、
（ｂ）１２５℃未満のピーク融解温度（Ｔｍ）、
（ｃ）５０ＭＰａ〜５００ＭＰａのせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）、及び
（ｄ）１０ＭＰａを超えるせん断損失弾性率（Ｇ”）
前記多層フィルムは、前記第１の多層フィルムの前記シール層が前記第２の多層フィルムの前記シール層と接触するように配置され、
前記シール層は、４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされると、３０Ｎ／１５ｍｍ〜８０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成する、前記フィルム構造。
［５］
前記バッキング層は、ＰＥＴ、ポリアミド、ＢＯＰＰ、及び金属箔から成る群から選択される材料である、［４］に記載の前記フィルム構造。
［６］
前記ＵＳＯＰは、ＰＢＰＥ、ＬＬＤＰＥ、ＵＬＤＰＥ、ＰＯＰ、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される材料である、［４］または［５］のいずれかに記載の前記フィルム構造。
［７］
前記第１の多層フィルム及び前記第２の多層フィルムは、前記第２の多層フィルムを前記第１の多層フィルム上に重ねるように折り畳まれる単一の可撓性シートの成分である、［４］〜［６］のいずれかに記載の前記フィルム構造。
［８］
前記バッキング層は、ＢＯＰＰを含み、前記シール層は、ＵＬＤＰＥ、ＰＯＰ、及びＰＢＰＥから成る群から選択されるＵＳＯＰを含む単層であり、前記シール層は、４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされると、５５Ｎ／１５ｍｍ〜８０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成する、［４］〜［７］のいずれかに記載の前記フィルム構造。
［９］
前記バッキング層は、ＰＥＴであり、前記シール層は、ＵＬＤＰＥ、ＰＯＰ、及びＰＢＰＥから成る群から選択されるＵＳＯＰを含む単層であり、前記シール層は、４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされると、３７Ｎ／１５ｍｍ〜５５Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成する、［４］〜［７］のいずれかに記載の前記フィルム構造。
［１０］
前記シール層は、表面層、コア層、及び内層を含む共押出構造であり、
前記表面層は、ＵＬＤＰＥ、ＰＯＰ、及びＰＢＰＥから成る群から選択されるＵＳＯＰを含み、
前記シール層は、４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされると、３５Ｎ／１５ｍｍ〜５５Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成する、［４］〜［７］のいずれかに記載の前記フィルム構造。
［１１］
前記シール層は、表面層、コア層、及び内層を含む共押出構造であり、
前記コア層及び前記内層のうちの少なくとも１つは、ＵＬＤＰＥ、ＰＯＰ、及びＰＢＰＥから成る群から選択されるＵＳＯＰを含み、
前記表面層は、ＵＳＯＰがなく、
前記シール層は、４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされると、３５Ｎ／１５ｍｍ〜５０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールを形成する、［４］〜［７］のいずれかに記載の前記フィルム構造。
［１２］
前記第２の多層フィルムは、前記第１の多層フィルム上に重ねられて、共通の周縁部を形成し、前記超音波シールは、前記共通の周縁部に沿って位置する、［４］〜［１１］のいずれかに記載の前記フィルム構造。
［１３］
前記多層フィルムは、各多層フィルムの前記シール層が互いに接触するように配置され、前記第２の多層フィルムは、前記第１の多層フィルム上に重ねられて、共通の周縁部を形成する、［４］に記載の前記フィルム構造と、
２倍ゾーン及び４倍ゾーンであって、前記ゾーンが４Ｎ／ｍｍのシール力で超音波シールされると、３０Ｎ／１５ｍｍ〜８０Ｎ／１５ｍｍのシール強度を有する超音波シールをそれぞれ形成する、２倍ゾーン及び４倍ゾーンと、を含む、可撓性容器。
［１４］
前記２倍ゾーンは、前記共通の周縁部の少なくとも一部を含む、［１３］に記載の前記可撓性容器。
［１５］
前記４倍ゾーンは、縦方向シールの少なくとも一部を含む、［１３］または［１４］のいずれかに記載の前記可撓性容器。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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