CN103358636B - 具有共挤出的微层状聚合物阻挡膜的纸板组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有共挤出的微层状聚合物阻挡膜的纸板。具体地，本发明提供了共挤出的微层聚合物阻挡膜。可以将所述阻挡膜施加于纸板，以形成透氧性降低的容器。所述阻挡膜的共挤出允许同时制造两种不同聚合物进行组合的数十个或数百个交替微层，以形成与同样两种聚合物的宏观层厚度薄膜相比透氧气性降低的薄膜。

Description

具有共挤出的微层状聚合物阻挡膜的纸板组件

发明背景

在纸板容器中，平面空白纸板经过自身折叠，形成截面为正方形或长方形的容器。容器的侧端密封在一起，形成最终结构。纸板在它的内外表面上涂有可热封材料，所述材料将粘合以形成容器。典型地，这种可热封材料是低密度聚乙烯（LDPE）或熔点低得足以在不损害纸板的情况下进行密封的其他材料。

在纸板的产品侧上，纸板与内部封闭层之间可以有附加的材料层。这些层中的一种通常是阻气层。所述阻气层被层压、挤出或共挤出于纸板上，以提供具有阻气性质的纸板。挤出或共挤出是比层压更快、成本更低的方法。共挤出也避免了层压薄膜和相关操作的成本。

纸板包装中需要阻气层是众所周知的，并且已有许多种解决办法来减少气体透过纸板组件传输。气体传输的量和速度将取决于所使用的阻挡层的类型。

特别是，对阻氧层的需要是众所周知的。氧接触产品，缩短了产品的储存期限。氧传输的量和速度将取决于所使用的阻挡层的类型。所述阻氧层被层压、挤出或共挤出到纸板上，以提供具有阻氧性质的纸板组件。氧是对阻挡层进行测试时所针对的气体，但是阻挡层可用于其他气体，因此所述阻挡层被通称为“阻气层”。

还有透氧性之外的其他因素参与阻挡材料的选择。在所用的阻挡材料的类型和成本中以及在获得必要的阻挡性质所需要的量中，成本均是一个因素。材料的层数或叠片数是成本中的一个因素。

最有效、最昂贵的阻氧层是铝箔阻挡层。食物，例如薯片，被放在箔或塑料小袋中。铝箔还已经被用于果汁容器。塑料材料，例如尼龙，也已经被用作阻挡材料。为了降低阻挡材料的成本，已经提议并使用了许多其他材料。这些材料各自具有特性和缺点。通常，提供不同材料的许多个层，各层具有专用功能。这些功能可以是：容易附着、某些气体的阻挡层、所容纳的液体中某些化学品的阻挡层、能够将两个层粘附在一起、和能够密封所述容器。这些层每个在材料成本和生产成本中都给容器增加了成本。

在标准温度和压力（STP）和50%相对湿度（%RH）下，有效的阻氧层的透氧率（OTR）将在每平方米每天40立方厘米（cc/m²/天）氧以下。水溶性或水分散性阻氧材料例如聚乙烯醇需要每平方米大量的材料才能有效。这通常比在涂层应用例如施胶机中能够没有制造困难地施加的材料更多。

希望有将透氧性降至最小的纸板包装材料。

发明概述

提供这个概述是为了以简单形式介绍在下面的具体实施方式中进一步描述的构思选择。本概述不打算鉴别出所要求保护主题的关键特征，也不打算用作帮助确定所要求保护主题的范围。

在一个方面，提供了具有阻氧性质的纸板组件。在一种实施方式中，所述纸板组件包括：

纸板，其具有第一面和与所述第一面相对的第二面；以及

复合阻挡膜，其与纸板的所述第二面相邻，所述复合阻挡膜包含：

第一封锁（containment）层，其被布置为最靠近纸板；

第二封锁层，其被布置为最远离纸板；以及

微层状复合层，其在第一封锁层与第二封锁层中间，并且包含多个单元层，每个单元层包含一层第一微层聚合物和一层第二微层聚合物，中间没有接合层，其中所述第一微层聚合物是聚烯烃或粘附改善的改性聚烯烃，并且其中所述第二微层聚合物选自聚酰胺（PA）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、及其共混物。

附图说明

当结合附图参考以下详细说明时，本发明的前述方面及许多附带优点将因它们变得更易于理解，而变得更易于认识。

图1是根据所公开的实施方式，具有阻气性质的纸板组件的截面图。

图2是图1的纸板组件中一部分的放大图。

图3是根据所公开的实施方式，具有阻气性质的纸板组件的截面图。

图4是根据所公开的实施方式，具有阻气性质的纸板组件的截面图。

图5是根据所公开的实施方式，示例性复合阻挡膜的截面的显微照片。

具体实施方式

在一个方面，提供了具有阻氧性质的纸板组件。在一种实施方式中，所述纸板组件包括：

纸板，其具有第一面和与所述第一面相对的第二面；以及复合阻挡膜，其与纸板的所述第二面相邻，所述复合阻挡膜包含：

第一封锁层，其被布置为最靠近纸板；

第二封锁层，其被布置为最远离纸板；以及

微层状复合层，其在第一封锁层与第二封锁层中间，并且包含多个单元层，每个单元层包含一层第一微层聚合物和一层第二微层聚合物，中间没有接合层，其中所述第一微层聚合物是聚烯烃或被改性以改善粘附的聚烯烃，并且其中所述第二微层聚合物选自聚酰胺（PA）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、及其共混物。

图1是具有阻氧性质的纸板组件100的截面图。在本文中使用时，“氧”典型是指分子氧气（O₂）——它是必须被阻止扩散通过纸板容器的最关键气体——但是要理解，其他形式的氧例如臭氧也包括在内。

在某些实施方式中，纸板组件100也可以具有水蒸气阻挡性质。

参考图1，纸板组件100包括具有第一面以及与所述第一面相对的第二面的纸板105。阻挡膜110与纸板105的所述第二面相邻。阻挡膜110由至少三个不同的区域组成：第一封锁层115，其被布置为最靠近纸板105；第二封锁层125，其被布置为最远离纸板105；以及在第一封锁层115与第二封锁层125中间的微层状复合层120。

图2显示了图1的圆形区域2的放大图。参考图2，微层状薄膜120在第一封锁层115和第二封锁层125的中间。在微层状薄膜120中，多个单元层123由第一微层聚合物121和第二微层聚合物122组成。单元层123在微层状薄膜120的整个厚度上重复。

现在将进一步详细论述图1和2的纸板组件100的各个组成部分。

本文中提供的纸板组件100在食品和饮料包装或希望它从容器内部排除氧的任何应用中具有特定应用。纸板组件100可以形成食品包装或形成容器和杯子或本技术领域的技术人员已知的任何其他用途。

纸板组件100的基础是纸板105本身。纸板105可以是本技术领域的技术人员已知的任何类型的纸板。通过向纸板105施加阻挡膜110，纸板组件100的透氧性与纸板105本身的透氧性相比降低。例如，在一种实施方式中，通过纸板组件的透氧率OTR在23℃和50%相对湿度（RH）下是30g/m²·天或以下。在另一种实施方式中，所述OTR在23℃和50%RH下是40g/m²·天或以下。

在图1示出的实施方式中，阻挡膜110邻接纸板105，形成纸板组件100。阻挡膜110由第一封锁层115、第二封锁层125和所述封锁层中间的微层状复合层120组成。所述阻挡膜由两种或更多种被共挤出以形成阻挡膜110的聚合物形成，然后将阻挡膜110施加于纸板105以形成纸板组件100。

阻挡膜110具有一体化结构，意味着当阻挡膜110形成时，它是单个的聚合物复合片。这有别于试图通过相继沉积构成阻挡膜110的许多聚合物层（即沉积第一封锁层115，沉积许多层微层状薄膜120，然后沉积第二封锁层125）而再造阻挡膜110。阻挡膜110可以利用具有层倍增器的共挤出模具，例如由ExtrusionDiesIndustries,LLC.和Cloeren,Inc.销售的那些，进行一体化制造。

第一封锁层115由能够将纸板105与微层状薄膜120的第一微层聚合物121粘合（“接合”）的聚合物构成。因此，必须选择第一封锁层115的组成来提供纸板105与第一微层聚合物121之间的粘合，因此第一封锁层115的组成可以根据纸板105和第一微层聚合物121的特性而变。在代表性的实例中，第一封锁层115是聚烯烃，例如聚乙烯（例如聚丙烯（PP）、高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、或线性LDPE、聚酰胺（例如尼龙）、或聚酰胺/PET共混物。其他代表性的第一封锁层115聚合物包括以上列出的聚合物的“改性”形式，它们被改性，以在所述聚合物内包含附加的部分，例如马来酸酐（它改善粘附性能）。

第一封锁层115根据它的组成可以是水蒸气阻挡层。例如，如果使用PET与无定形尼龙的共混物的话，取决于PET的量，第一封锁层115可以是水蒸气阻挡层。

第二封锁层125被布置为最远离纸板105，并以类似于第一封锁层115的方式提供微层状薄膜120的结构封锁。第二封锁层125的组成要使得它在没有接合层的情况下，与微层状薄膜120表面上被布置为最靠近第二封锁层125的无论是第一微层聚合物121还是第二微层聚合物122粘合。

第二封锁层125的组成可以与第一封锁层115相同或不同。在图1示出的纸板组件100的构造中，第二封锁层125是施加于纸板105的阻挡膜110的最后的层，使得第二封锁层125将是纸板组件100中暴露于由所述纸板组件100形成的容器内容纳的产品的材料。出于这种考虑，代表性的第二封锁层是LDPE，它作为适合接触纸板容器内储存的典型产品的聚合物层是本技术领域的技术人员所知的。LDPE还提供水蒸气阻挡性质。然而，本技术领域的技术人员应领会，第二封锁层125可以使用其他聚合物，只要满足纸板组件100和在其中容纳的产品的要求即可。

第一封锁层115和第二封锁层125的厚度可以相同或不同。各层必须至少厚得足以承载微层状薄膜120，这通常需要封锁层115和125的最小厚度为1微米或以上。然而，要领会，形成封锁层115和125的聚合物的性质将决定所述层需要的最小厚度。

微层状薄膜120具有阻氧性质，并取决于它的组成，还可以具有水蒸气阻挡性质，微层状薄膜120包括多个单元层123，各由第一微层聚合物121和第二微层聚合物122组成，两者之间没有接合层。也就是说，第一微层聚合物121和第二微层聚合物122在单元层123中彼此邻接。类似地，微层状薄膜120中邻接的单元层123之间没有接合层。

单元层123的数量可以根据从纸板组件100想要的机械和透氧特性进行调整。在某些实施方式中，微层状薄膜120包含10和100个之间的单元层123。可以构造微层状薄膜120，使得第一微层聚合物121或第二微层聚合物122可以接触第一封锁层115和第二封锁层125之一或二者。要领会，在图2示出的构造中，第一微层聚合物121接触第一封锁层115，第二微层聚合物122接触第二封锁层125。虽然这是一种具体的实施方式，但本文中提供的方面不限于这样一种实施方式。

第一微层聚合物121和第二微层聚合物122的厚度可以根据共挤出方法而变。在某些实施方式中，第一微层聚合物121和第二微层聚合物122各具有0.1至0.8微米的厚度。

在某些实施方式中，阻挡膜110的厚度为0.4密耳至2.0密耳。

第一微层聚合物121是聚烯烃。本技术领域的技术人员知道，聚烯烃包括各种形式的LDPE和HDPE。在一种实施方式中，聚烯烃选自聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、及其组合。聚烯烃121可以被改性，以提高与聚合物122的粘附。向聚烯烃添加马来酸酐是提供提高的粘附的一种方法。

第二微层聚合物122的组成选自聚酰胺（例如尼龙）、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、及其共混物。如下面表1提出的实验证据所公开的，在微层中掺入聚酰胺或PET的第二微层聚合物122，在两种情况下均强烈减少氧透过代表性的阻挡膜110。

在一种实施方式中，聚酰胺选自尼龙、PA6、PA66、无定形尼龙例如DuPontSelar3426或EMSGrivoryG21、含芳环的尼龙例如MXD6或MXD6/MXDI、及其组合。

至于微层聚合物121和122的组成和厚度、以及微层状薄膜120的厚度，要领会所包含的折衷设计包括机械柔性、材料节约和抗透氧性的变体。在这方面，单元层123的数量越多，阻挡膜110的透氧性降低越多。然而，单元层123数量的增加也需要使用更多的聚合物材料（增加成本）。因此，通过平衡这些特性，本技术领域的技术人员可以根据具体包装需要的设计要求，形成适当的阻挡膜110。

现在参考图3，示出了另一种实施方式的纸板组件300，其中与图1和2中示出的纸板组件100相比，在纸板105和阻挡膜110中间插入了附加的接合层130。接合层130可以起到几种目的，并也可以由一种或多种不同聚合物的一个或多个层组成。虽然接合层130的目的可以是物理接合阻挡膜110与纸板105，接合层130也可以或代之起到进一步提供水蒸气阻挡性质和/或耐久性的目的。例如，水蒸气阻挡聚合物可以被用于接合层130，与不包括接合层130的纸板组件100相比，所述聚合物将提供保护纸板组件300的附加层。在接合层130是水蒸气阻挡聚合物的代表性情况下，HDPE和LDPE二者都是可以用于这种应用的代表性材料。在接合层130提供改善的耐久性的代表性情况下，PP和线性LDPE二者都是可以用于接合层130的代表性聚合物。

现在参考图4，示出了另一种实施方式的纸板组件400。纸板组件400类似于图3的纸板组件300，但是它包括邻接纸板105的所述第一面的印刷层140。印刷层140是本技术领域的技术人员已知作为由纸板制成的容器的“外部的”面的层，并因此被构造成接收和承载打印图象，例如包装商标、颜色、词语等等。印刷层140也起到对抗水分（例如蒸气或凝露）迁移到纸板105中的屏障作用。

图4还示出了任选的产品层145，它可以包含在本文中公开的任何实施方式中（即，该层不限于图4中显示的构造，而是还适用于图1-3所示出的构造）。产品层145具有与纸板组件400在形成为容器时将会接触到的产品相容的组成。如上所述，LDPE是用于纸板包装的通用聚合物，这就是它为什么是在本文中公开的实施方式中可用作第二封锁层125的示例性材料。然而，如果第二封锁层125是不与产品相容的材料，则可以将产品层145施加在整个阻挡膜110上，以便改善纸板组件400与产品的相容性。虽然LDPE是可用作产品层145的代表性材料，但是本技术领域的技术人员所知的任何材料将可用于所描述的实施方式中。产品层145也可以充当阻挡层，以减少水蒸气迁移到纸板105中。

对本文的实施方式中描述的几个示例性纸板组件类型执行实验测试。表1概括了这些结果。使用了聚酰胺（PA）和PET对照样品，将它们与微层状PA和微层状PET进行比较。所述样品包括阻挡膜110，阻挡膜110具有由LDPE组成的第一封锁层115、由LDPE组成的第二封锁层125、以及选自PA、PET、微层状LDPE/PA和微层状LDPE/PET的聚合物层。利用两个独立的测试设备来测试阻挡膜的透氧率（OTR）和水蒸气透过率（WVTR）。从表1中的数据可以看出，微层PA薄膜和微层PET薄膜与相应的对照薄膜比较，其中的氧透过性均急剧降低。因此，本文中公开的阻挡膜尤其可用作阻氧层。微层状薄膜的一些组合也可以降低水蒸气透过性。

表1.水蒸气透过性和氧透过性试验结果。

图5是与那些经测试以给出表1中结果的薄膜类似的微层PA薄膜的显微照片。

还提供了形成本文中公开的纸板组件的方法。在一个方面，提供了形成纸板组件100的方法，所述方法包括以下步骤：提供纸板105；共挤出包括第一封锁层115、第二封锁层125和居中微层状复合层120的阻挡膜110；以及将阻挡膜110施加于纸板105，以形成纸板组件100。为了促进阻挡膜110与纸板105的粘合，纸板105通常被预处理以产生有利于粘合的表面化学。例如，纸板105的火焰或电晕预处理是代表性的预处理方法。

制造纸板组件100的方法还可以包括提供在阻挡膜110和纸板105中间的接合层130的步骤。可以将产品层145施加于阻挡膜110。可以将印刷层140施加于纸板105。接合层130和产品层145可以与阻挡膜110共挤出，或者独立于阻挡膜110的共挤出，而被层压到纸板105或阻挡膜110上。

所公开的实施方式可用于形成山形盖顶（gable-top）容器，因此在某些实施方式中，提供了包括如本文中公开的纸板组件的山形盖顶容器。其他类型的容器包括长方形容器和本技术领域技术人员已知可以利用纸板制造的任何其他容器形状。还提供了利用所述纸板形成容器的方法。当从所公开的纸板组件之一形成容器时，对于第二封锁层125（或者产品层145）典型的是，所述层根据容器类型（例如长方形或山形盖顶）与其自身或与印刷层140形成密封。

虽然已经说明和描述了例证性的实施方式，但要领会，可以不背离本发明的精神和范围在其中做出各种改变。

Claims (19)

1.具有阻氧性质的纸板组件，所述纸板组件包含：

纸板，其具有第一面和与所述第一面相对的第二面；以及

复合阻挡膜，其与纸板的第二面相邻，所述复合阻挡膜包含：

第一封锁层，其被布置为最靠近纸板；

第二封锁层，其被布置为最远离纸板；以及

微层状复合层，其在第一封锁层与第二封锁层中间，并且包含多个单元层，每个单元层包含第一微层聚合物层和第二微层聚合物层，中间没有接合层，其中所述第一微层聚合物是聚烯烃，并且其中所述第二微层聚合物选自聚酰胺、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、及其共混物。

2.权利要求1的纸板组件，其中所述复合阻挡膜的厚度为0.4密耳至2.0密耳。

3.权利要求1的纸板组件，其中所述多个单元层包含10至100个单元层。

4.权利要求1的纸板组件，其中所述复合阻挡膜的第一封锁层邻接所述纸板。

5.权利要求1的纸板组件，其还包含所述复合阻挡膜与所述纸板中间的接合层。

6.权利要求5的纸板组件，其中所述接合层是抑制水蒸气扩散的聚合物。

7.权利要求6的纸板组件，其中所述接合层包含选自以下的聚乙烯：高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯及其改性形式。

8.权利要求1的纸板组件，其中将所述复合阻挡膜相对于所述纸板进行放置，使得第一微层聚合物面对所述纸板。

9.权利要求1的纸板组件，其中将所述复合阻挡膜相对于所述纸板进行放置，使得第二微层聚合物面对所述纸板。

10.权利要求1的纸板组件，其中所述微层状复合层由第一微层聚合物和第二微层聚合物共挤出。

11.权利要求1的纸板组件，其中聚烯烃选自低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、及其组合。

12.权利要求1的纸板组件，其中所述聚酰胺为尼龙。

13.权利要求12的纸板组件，其中尼龙选自PA6、PA66、无定形尼龙、含芳环的尼龙、及其组合。

14.权利要求1的纸板组件，其中各单元层由第一微层聚合物层和第二微层聚合物层组成。

15.权利要求1的纸板组件，其中所述纸板组件被构造为山形盖顶容器。

16.权利要求1的纸板组件，其中微层状复合层减少氧扩散。

17.权利要求1的纸板组件，其中在23℃和50％相对湿度下，透过所述纸板组件的透氧率是40g/m²·天。

18.权利要求1的纸板组件，其中微层状复合层减少水蒸气扩散。

19.权利要求1的纸板组件，其中所述纸板组件减少水蒸气扩散。