含消费后再回收的聚苯乙烯的聚苯乙烯薄膜 本发明涉及含消费后再回收的聚苯乙烯的、基本上透明的取向聚苯乙烯薄膜。具体地说，本发明涉及能用作开窗信封用膜的此类聚苯乙烯膜。
开窗信封是一种具有一个或多个各种形状，通常为矩形的窗口的信封，窗口的形状应适于观察信封内打印在信纸上有限范围内的各种信息；通常为姓名和地址。信封的窗口或多个窗口都是用由基本透明膜，一般为聚苯乙烯膜制成的窗贴密封或封闭的。贴窗口的方法是：将开窗信封用膜切成所需长度和宽度的窗贴，然后将其贴到开窗信封上。
开窗信封用膜通常主要是挤出聚苯乙烯膜，为了增加膜的必要的装饰性雾度或膜的半透明度，任选含低比例橡胶改性地聚合物，如高抗冲聚苯乙烯(“HIPS”)。开窗信封用膜可用双轴或单轴取向方法制造。双轴取向膜因具有优良的横向可切性，所以是优选的。
鉴于对环境的保护，减少需埋填塑料的体积已经越来越重要了。为了减少埋填塑料的体积，在利用消费后再回收的各类塑料制品方面已经做了许多工作。然而，这些工作已证明：将消费后再回收的聚苯乙烯制成基本透明的、取向薄聚苯乙烯膜是很困难的。因此，工业界仍有将消费后再回收的聚苯乙烯制成基本上透明的、取向的聚苯乙烯薄膜，如开窗信封用膜的要求。
本发明提供含消费后再回收的聚苯乙烯的、基本透明的、取向的薄聚苯乙烯膜，该膜的加工物理性能与不含消费后再回收的聚苯乙烯的聚苯乙烯膜相同。本发明薄膜可含高达100％消费后再回收的聚苯乙烯。
本发明薄膜的厚度通常为至少约0.25密耳(6.35微米)，优选为至少约0.75密耳(19.05微米)。本发明的薄膜厚度通常不超过约7密耳(177.8微米)，优选不超过约4密耳(101.6微米)，更优选不超过约2.5密耳(63.5微米)。
本发明的薄膜或是单轴取向的或是双轴取向的。优选的本发明薄膜是双轴取向的。
本发明薄膜通常主要是由挤出聚苯乙烯组成的。该薄膜可含少量抗色斑剂和酸清除剂，如美国专利5009953和5190814中所提出的。该薄膜也可含少量增雾剂(hazing agent)，例如向薄膜添加如高抗冲击聚苯乙烯(HIPS)使其具有必要的装饰性雾度或半透明度。用作增雾剂的优选HIPS是STYRON 404(从The Dow Chemical Company购得)。
用于制造本发明薄膜的挤出聚苯乙烯可以含多达100％(重量)的消费后再回收的聚苯乙烯。该消费后再回收的聚苯乙烯符合ASTM D5033-90对消费后再回收材料的规定。用于本发明的挤出聚苯乙烯也可含通用聚苯乙烯。具体的通用聚苯乙烯并不是关键。然而，一种优选的通用聚苯乙烯是STYRON 665(从The DowChemical Company购得)。用于本发明的挤塑聚苯乙烯也可含来自本发明薄膜的本厂碎料。通常，挤出聚苯乙烯是一种通用聚苯乙烯、本发明薄膜碎料和消费后再回收的聚苯乙烯的共混物。
用于本发明的消费后再回收的聚苯乙烯必须是基本上不含诸如纸纤维、橡胶带及交联凝胶等微粒，以防止在薄膜取向时聚集或形成孔眼。索氏抽提技术可用来检测各种消费后再回收的聚苯乙烯试样中的微粒量。这种索氏抽提技术是以甲苯为溶剂，经10微米滤器过滤的方法。采用索氏抽提时先称量每一消费后再回收的聚苯乙烯试样的重量，然后将其溶解在甲苯中。已溶解的试样经10微米滤器过滤并将回收的任何不溶解的固体微粒称重。将过滤的微粒重量除以初始试样的重量可得初始试样中微粒的重量百分含量。通常，用于本发明中消费后再回收的聚苯乙烯中微粒含量，按索氏抽提技术测定应低于约0.1(重量)％。优选的是，消费后再回收的聚苯乙烯中不含可检测量的微粒(索氏抽提法测定)。
消费后再回收的聚苯乙烯也必须是基本上不含其它类型聚合物，如聚丙烯和聚乙烯杂质，以避免发生熔体不相容性。熔体不相容性会使薄膜表面形成杂斑。优选的是，当采用ASTM D-3418所提出的方法对消费后再回收的聚苯乙烯进行数字扫描量热法分析时，其玻璃化转变温度应指示在约100℃。
为了使制得的薄膜产生好的光学清晰度，消费后再回收的聚苯乙烯应基本上是透明的。消费后再回收的聚苯乙烯必须基本上没有墨水迹、食用油脂及其它颜料杂质。由消费后再回收的聚苯乙烯在400°F(204.4℃)平板式压机上压制成厚度约0.1英寸(0.254厘米)的薄片应具有低于20％的雾度(按ASTM D-1003测定)。
优选用于本发明的消费后再回收的聚苯乙烯是从透明的注塑或热成型聚苯乙烯部件回收来的聚苯乙烯。更优选的回收聚苯乙烯材料是来源于袖珍圆盘形珠宝盒、袖珍圆盘形珠宝盒透明镶嵌件、录音带盒、甜饼盘子或浆果盒。
有时会在消费后再回收的聚苯乙烯中发现不希望存在的杂质—碳酸钙。但含少许碳酸钙的消费后再回收的聚苯乙烯可优选用在本发明中。虽然用于本发明的消费后再回收的聚苯乙烯中碳酸钙含量的允许上限还未严格地确定，但已成功地将含有高达575ppm的碳酸钙的消费后再回收的聚苯乙烯掺入本发明薄膜中。可允许的碳酸钙用量可随所采用的消费后再回收的聚苯乙烯百分比和制成薄膜的具体最终用途而定。这一用量是不需经实验就可确定的。
可通过本领域已知的任何一种技术来制造本发明的薄膜。更具体地说，可通过本领域中已知的任何一种技术使本发明薄膜取向。然而，当将含消费后再回收的聚苯乙烯的树脂加工成本发明薄膜时，为了达到与以相同方法加工不含消费后再回收的聚苯乙烯树脂相比有相同的取向度，有必要对树脂的熔体温度作少许调整。这种调整的结果通常是使熔体温度降低至多约10℃。为保持指定取向度，熔体温度所需的调整量可随消费后再回收的聚苯乙烯的来源和用量而定。然而，该调整量是不需经实验就可确定的。
已经证明：许多来源的消费后再回收的聚苯乙烯是难以或不可能加工成薄的取向膜的。例如，从泡沫杯子及泡沫薄板制的食品用容器(从Dart Container Corporation购得的SP-012)回收的树脂含有许多肉眼清楚可见的大凝胶。在加工SP-012时，在挤塑机中可明显地观察到料涌现象，显然，这是由于树脂粒料大小不一致所引起的。
另一种试验用消费后再回收的聚苯乙烯的来源是PC-1000(购自National Polystyrene Recycling Company)。PC-1000是由食品容器和器皿(碟和盘)制得的。索氏抽提试验表明PC-1000含大约1.7(重量)％颗粒。
已对含65.75(重量)％通用聚苯乙烯(STYRON-665)、25(重量)％PC-1000、8(重量)％高抗冲聚苯乙烯(STYRON404)及1.25(重量)％CN-201(购自Polycom Huntsman)的树脂加工成0.2密耳(130.48微米)的双轴取向薄膜进行了尝试。然而，该膜面(film web)每隔20-45分钟就发生断裂，以致难以集取试样。CN-201是20(重量)％聚四氟乙烯、1(重量)％硬脂酸钙和79(重量)％STYRON 665的预配混共混物。
由National Polystyrene Recycling Company产生了另一种消费后再回收的聚苯乙烯的来源：PC-1000D。PC-1000D是从洛杉矶学校系统回收的食品容器废弃物。这一种消费后再回收的聚苯乙烯的来源由于有较严密的来源控制，所以杂质含量低于PC-1000。分析许多PC-1000D后表明，经索氏抽提的不溶杂质在0.1％与1.6％之间。
已对以25(重量)％PC-1000D替代25(重量)％PC-1000后的上述树脂制造成双轴取向薄膜进行了尝试，然而，该膜面大约隔30分钟就发生断裂。这就清楚地说明，即使杂质含量低到0.1％(以索氏抽提法测定)仍存在值得注意的加工问题。
实施例
分别制备5个双轴取向薄膜：1个对照试样，2个比较试样，2个本发明试样。每种薄膜的厚度为1.2密耳(30.48微米)。
对照薄膜含95(重量)％通用聚苯乙烯(STYRON 665)和5(重量)％高抗冲击聚苯乙烯(STYRON 404)。其它4种薄膜都是以消费后再回收的聚苯乙烯取代通用聚苯乙烯，使该4种薄膜都含25(重量)％消费后再回收的聚苯乙烯。
比较试样#1和#2分别含25(重量)％PC-1000和PC-1000D。实施例#1含25(重量)％PC-4000(购自NationalPolystyrene Recycling Company)。实施例#2含25(重量)％PCR-100(购自Plastic Recycling，Inc.)
已对消费后再回收的聚苯乙烯PC-1000和PC-1000D的来源进行了讨论。消费后再回收的聚苯乙烯PC-4000源自回收的袖珍圆盘形珠宝盒及热成型的聚苯乙烯甜饼盘。消费后再回收的聚苯乙烯PCR-100源自回收的袖珍圆盘珠宝盒。PC-4000和PCR-100中的颗粒含量以索氏抽提法测定，因其含量太低以致不能检出。
对5个试样膜以ASTM D-1003方法进行雾度试验；以ASTMD-2457方法进行纵向、外表面60度光泽试验；以ASTM D-882方法纵向极限拉伸试验；以及以ASTM D-882方法进行纵向极限伸长率试验。这些试验的结果列于表1。
表1对照 25％PC-1000 25％PC-1000D 25％ PC-4000 25％ PCR-100 雾度 (％)4.56 24.3 9.22 4.41 3.30 60度光泽(％)127 84 129 139极限拉伸(psi)13082 9146 10070 12894 12152极限伸长率(％)45 6.2 4.4 46 51
本发明薄膜已成功地用作开窗信封用膜。一种开窗信封用膜含49(重量)％STYRON 665、35(重量)％PCR-100、5(重量)％STYRON 404和1(重量)％CN-201。该膜的厚度为1.2密耳(30.48微米)。该膜在F.L.Smithe High Speed Patcher(高速贴片机)上以每分钟800张贴片和在7英寸(17.78厘米)汞柱真空下成功地进行了贴片4000英尺(1219.2米)的试验。
另一种含35(重量)％PCR-100、34(重量)％STYRON 665、15(重量)％本厂回收的薄膜、15(重量)％STYRON 404、0.8(重量)％硬脂酸钙和0.2(重量)％聚四氟乙烯(MP1100，购自DuPont)的开窗信封用膜也成功地进行了试验。该膜的厚度为1.2密耳(30.48微米)。