CN109072559B - 包含微纤化纤维素的膜和由其制成的产品 - Google Patents

包含微纤化纤维素的膜和由其制成的产品 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种包含基膜的膜，所述基膜在至少一侧上用增强气体和/或水分阻挡性能的涂层涂覆，其中所述基膜包含纤维材料并且至少60重量％的所述纤维材料是微纤化纤维素，并且涂层的厚度为0.05至20μm。本发明还涉及使用所述膜的产品。这类产品特别是适合于需要在受控或改变的气氛中包装的敏感物体。该膜还可用于其他目的，如用于制造气球。

Description

包含微纤化纤维素的膜和由其制成的产品
技术领域
本发明涉及一种包含基膜的膜，所述基膜在至少一侧上用增强气体和/或水分阻挡性能的涂层涂覆，其中所述基膜包含纤维材料并且至少60重量％的所述纤维材料是微纤化纤维素，并且涂层的厚度为0.05至20μm。本发明还涉及使用所述膜的产品。这类产品特别是适合于需要在受控或受调节的气氛中包装的敏感物体。该膜还可用于其他目的，如用于制造气球。
背景技术
用于敏感物体如食品的包装(其中需要在包装内保持一定组成的气氛)称为气调包装(MAP)或受控气氛包装(CAP)。
MAP和CAP中使用的膜通常由不可再生的塑料材料制成。
为了制造适合用于MAP和/或CAP的可再生膜，需要解决几个技术问题。首先，包装的气体渗透性和水分渗透性需要足够低以使膜适合用于MAP和CAP。其次，膜需要足够薄和柔韧、可热封和可胶合(gluable)以及可生物降解。还期望可印刷性能类似于纸的可印刷性。理想情况下，膜还应具有足够的耐热性。
气球通常由不可再生的塑料或橡胶材料制成。
为了由可再生材料制造气球，需要解决几个技术问题。特别地，制造气球的材料必须足够坚固以承受当气球膨胀时产生的力并保持充气压力足够长的时间。此外，该材料必须足够轻并且可生物降解。
GB2448984记载了一种多层聚合物膜，其包含一层乳酸均聚物(PLA)、一层聚乙烯醇(PVA，PVOH)、至少一个包含聚(乳酸)与聚(乙烯醇)和/或淀粉的共混物的中间粘结剂层。PVA可以具有一层PLA或施加在其上的纤维素材料。该多层膜可以在受控气氛中用作生鲜产品的包装。
JP5237267公开了一种由纤维素纤维纸制成的纸气球，其可以在空气中连续飞行并且在其落在地面上之后可以分解。
需要一种适合用作MAP和CAP中的膜的可再生材料。
由于纸材料的高气体渗透性，由纸制成的气球通常不会将充气压力保持足够长的时间。
发明内容
出人意料地发现，通过在制造经涂覆的基膜中使用微纤化纤维素，可以获得适合用于MAP和/或CAP的膜，其克服了上述一个或几个问题。此外，已发现该膜还适合于制造气球。
因此，本公开内容的一个目的是提供一种适合用于制造MAP和/或CAP以及用于制造气球的改进的膜。
本发明的一个实施方案是包含基膜的膜，所述基膜在至少一侧上用增强气体和/或水分阻挡性能的涂层涂覆，其中所述基膜包含纤维材料并且至少60重量％的所述纤维材料是微纤化纤维素，并且基膜的每侧的涂层的厚度为0.05至20μm。基膜包含纤维材料，并且至少60重量％的所述纤维材料是微纤化纤维素。在本发明的一个实施方案中，剩余纤维材料的长度加权纤维长度平均值为0.2-0.55mm，更优选0.3-0.45mm。
在一个实施方案中，所施加的涂层的超过80％未渗透到基膜中超过5μm深。通常，基膜是足够无孔的或不可渗透的，以确保渗透在该范围内。
在一个实施方案中，所述膜不是层压材料的一部分。
在一个实施方案中，涂覆用UV(紫外线)或EB(电子束)可固化的清漆进行。
在一个实施方案中，涂覆用基于水的清漆进行。基于水的清漆的实例包括胶体乳液如苯乙烯/丁二烯、苯乙烯/丙烯酸酯胶乳、水溶性聚合物或大分子和胶体的混合物。清漆还可以包含添加剂，如交联剂或成膜剂。优选的涂层材料包括乙烯共聚物、丙烯酸类聚合物和共聚物、苯乙烯和丁二烯的共聚物、乙酸乙烯酯聚合物、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙烯乙酸乙烯酯、聚乙烯氯乙烯、聚偏二氯乙烯和前述的混合物。
在一个实施方案中，涂层通过印刷施加。
在一个实施方案中，基膜的两侧都被涂覆。
本发明的一个实施方案是气调包装或受控气氛包装，其包含根据本发明的膜。在本发明的一个实施方案中，膜是可密封的，如是可热密封的。在本发明的一个实施方案中，膜是可胶合的。
本发明的一个实施方案是包含根据本发明的膜的气球。气球适合于用氦气充气，但也可以有利地用空气或MAP和/或CAP中使用的其他典型的气体混合物充气。在本发明的一个实施方案中，膜的重量足够低，使得当用氦气填充时，气球可以克服重力至少24小时。当充气时，气球的体积通常为5-50升。在一个实施方案中，气球不充气，但在气球内部设有例如蜡烛。在该实施方案中，气球的内部可以用不可燃涂层涂覆。
在本发明的一个实施方案中，在10-50gsm的克重下，在标准条件(50％RH，23℃)下测量的膜的氧气透过率(OTR)小于100cc/m2*天，优选小于10cc/m2*天。在本发明的一个实施方案中，在10-50gsm的克重下，膜的氧气透过率(OTR)小于200cc/m2*天，在70％RH、37℃下测量)。
本发明的一个实施方案是包含已经涂覆的基膜的膜。基膜是薄片材、可模塑膜或幅材。其包含大量的微纤化纤维素，并且可以层压或可以不层压以形成多层结构。在本发明的一个优选实施方案中，膜是独立式膜或小袋，即其不形成层压材料的一部分。
基膜可以是透明或半透明的。在10-50gsm的克重，在50％RH、23℃下测量的基膜的OTR(氧气透过率)值(在标准条件下测量)<200cc/m2*天，优选<50，更优选<30或<25且最优选小于5。基膜的厚度可以根据所需的性能来选择。在一个优选的实施方案中，基膜厚度可以是例如10-100μm，如20-60或10-50μm，其克重为例如5-50gsm，如10-30gsm。
基膜在至少一侧上提供有薄涂层。涂层优选使用本领域已知的方法用UV(紫外线)或EB(电子束)辐射固化来固化。还可以通过电晕处理和/或火焰处理来处理基膜。涂层的厚度为0.05-20μm，优选0.1-10μm或0.1-5μm或0.1-3μm。在本发明的一个实施方案中，涂层用清漆、树脂或蜡完成。在一个实施方案中，涂层用基于水的清漆完成。涂层可以通过本领域已知的技术施加，如泡沫涂覆、喷涂、幕涂等。
在一个实施方案中，涂层是UV可固化或EB(电子束)可固化的基于水的清漆。
根据本发明的基膜或膜可以在涂覆之前或之后进行印刷。另外，涂层可以通过印刷提供。基膜具有机械性能，使得适合用于卷到卷印刷工艺，但也可以用其他技术进行离线表面处理，如凹版印刷、轮转凹版印刷、反向轮转凹版印刷、丝网印刷、喷墨印刷、胶版印刷(平版印刷)、喷涂、幕涂、泡沫或其他印刷或表面处理技术。
在本发明的一个实施方案中，膜是可生物降解的和/或可堆肥的。在这种情况下，可堆肥性根据ISO 18606定义，即整个材料中以小于1％的浓度存在的成分不需要证明生物降解性。但是，这些成分的总和不应超过5％。生物降解性定义如下：对于整个材料或材料中以大于1％的浓度(以干重计)存在的每种有机成分，应测定最终的需氧生物降解性。以1至10％的水平存在的成分应单独测试。
具体实施方式
可以使用本领域已知的方法来制备在根据本发明的膜中使用的微纤化纤维素。
在本发明的一个实施方案中，通过向丝网上提供悬浮液并使幅材脱水形成中间薄基材或所述基膜，在造纸机中或根据湿法成网生产方法形成基膜。提供包含微纤化纤维素的悬浮液以形成所述基膜。
根据一个实施方案，悬浮液的微纤化纤维素含量可以为60至99.9重量％，基于悬浮液的固体重量计。在一个实施方案中，悬浮液的微纤化纤维素含量可以为70至99重量％，70至95重量％，或75至90重量％。
在本专利申请的上下文中，微原纤化纤维素(MFC)应意指至少一个维度小于100nm的纳米级纤维素颗粒纤维或原纤维。MFC包含部分或完全原纤化的纤维素或木质纤维素纤维。释放的原纤维的直径小于100nm，而实际的原纤维直径或粒度分布和/或纵横比(长度/宽度)取决于来源和制造方法。
最小的原纤维被称为初级原纤维，并且直径为约2-4nm(参见例如Chinga-Carrasco,G.,Cellulose fibres,nanofibrils and microfibrils,:The morphologicalsequence of MFC components from a plant physiology and fibre technology pointof view,Nanoscale research letters 2011,6:417)，而通常聚集形式的初级原纤维(也定义为微纤维(Fengel,D.,Ultrastructural behavior of cell wall polysaccharides,Tappi J.,1970年3月,第53卷,No.3.))是例如通过使用延长精制方法或压降分解(pressure-drop disintegration)方法制造MFC时获得的主要产品。根据来源和制造方法，原纤维的长度可以在约1至大于10微米的范围内变化。粗MFC级可能含有相当大部分原纤化纤维，即来自管胞的突出原纤维(纤维素纤维)，并且具有一定量的由管胞释放的原纤维(纤维素纤维)。
MFC有不同的首字母缩略词，如纤维素微原纤维、原纤化纤维素、纳米原纤化纤维素、原纤维聚集体、纳米级纤维素原纤维、纤维素纳米纤维、纤维素纳米原纤维、纤维素微纤维、纤维素原纤维、微原纤纤维素、微纤维聚集体和纤维素微原纤维聚集体。MFC的特征还可在于各种物理或物理-化学性质，如大的表面积或其在分散在水中时在低固体(1-5重量％)下形成凝胶状材料的能力。纤维素纤维优选原纤化的程度为使得所形成的MFC的最终比表面积为约1至约300m2/g,如1至200m2/g或更优选50-200m2/g，用BET法测定冻干材料。
存在制备MFC的各种方法，如单次或多次精制、预水解然后精制或高剪切分解或原纤维的释放。通常需要一个或若干个预处理步骤，以使MFC制造既节能又可持续。因此，待供应的纸浆的纤维素纤维可以进行酶法或化学预处理，例如以减少半纤维素或木质素的量。纤维素纤维可在原纤化之前进行化学改性，其中纤维素分子含有除在原始纤维素中发现的官能团以外(或更多)的官能团。这些基团尤其包括羧甲基(CM)、醛和/或羧基(通过N-氧基介导的氧化获得的纤维素，例如“TEMPO”)，或季铵(阳离子纤维素)。在以上述方法之一进行改性或氧化后，更容易将纤维分解成MFC或纳米原纤大小的原纤维。
纳米原纤纤维素可以含有一些半纤维素；量取决于植物来源。预处理纤维的机械分解，例如，水解的、预溶胀的或氧化的纤维素原料用合适的设备进行，如精制机，研磨机，均化器，colloider，摩擦研磨机，超声波超声仪，流化器如微流化器、宏观流化器或流化剂型均化器。根据MFC制造方法，该产品还可能含有细料，或纳米结晶纤维素或例如木纤维或造纸过程中存在的其他化学品。产品还可能含有各种量的未被有效地原纤化的微米尺寸的纤维颗粒。
MFC由木质纤维素纤维生产，包括硬木或软木纤维。其还可以由微生物来源、农业纤维如麦草浆、竹子、甘蔗渣或其他非木质纤维来源制成。其优选由纸浆制成，包括来自原始纤维的纸浆，例如机械、化学和/或热机械纸浆。其还可以由破损纸或再循环纸制成。
上述MFC的定义包括但不限于在纤维素纳米原纤维(CMF)上新提出的TAPPI标准W13021，其定义了含有具有结晶和无定形区域的多根初级原纤维的纤维素纳米纤维材料。
根据另一个实施方案，悬浮液可以包含不同类型的纤维(如微纤化纤维素)和一定量的其他类型的纤维(如牛皮纸纤维、细料、增强纤维、合成纤维、溶解纸浆、TMP或CTMP、PGW等)的混合物。
悬浮液还可以包含其他工艺或功能添加剂，如填料、颜料、湿强化学品、保留化学品、交联剂、软化剂或增塑剂、粘合底漆、润湿剂、杀生物剂、光学染料、荧光增白剂、消泡化学品、疏水化学品如AKD、ASA、蜡、树脂等。还可以使用施胶压榨机添加添加剂。
可以在根据本发明的方法中使用的造纸机可以是本领域技术人员已知的用于生产纸、纸板、薄纸或类似产品的任何常规类型的机器。
在将湿幅材置于丝网上之后，使其脱水形成中间薄基材或膜。
根据一个实施方案，在丝网上的脱水可以通过使用具有单丝网或双丝网系统的已知技术、无摩擦脱水、膜辅助脱水、真空或超声辅助脱水等来进行。在丝网部分之后，使湿幅材通过机械压榨进一步脱水和干燥，包括靴式压榨、热空气、辐射干燥、对流干燥等。膜还可以通过软或硬辊隙(或各种组合)压延机等进行干燥或平滑化。
根据一个实施方案，湿幅材通过真空脱水，即在将配料放置在丝网上时将水和其他液体从配料中吸出。
根据本发明的膜可以加热，例如在常规的家用烤箱中加热。该膜可以含有改进耐热性的添加剂。此外，膜可以含有添加剂，如改进膜的耐火性或阻燃性的盐和/或金属氧化物，这在膜用于制造气球时特别有用。
鉴于以上对本发明的详细描述，其他修改和变化对于本领域技术人员而言将变得显而易见。然而，应该显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以实现这样的其他修改和变化。

Claims (10)

1.包含具有5-50gsm的克重和10-100μm的厚度的基膜的膜，其是可堆肥的和/或可生物降解的，所述基膜在至少一侧上用增强气体和/或水分阻挡性能的清漆、树脂或蜡的形式的涂层涂覆，其中所述基膜包含纤维材料并且至少60重量％的所述纤维材料是微纤化纤维素，并且基膜的每侧的涂层的厚度为0.05至20μm，并且
其中可堆肥性根据ISO 18606定义，即整个材料中以小于1％的浓度存在的成分不需要证明生物降解性，但是，这些成分的总和不超过5％，以及
生物降解性定义如下：对于整个材料或材料中以干重计以大于1％的浓度存在的每种有机成分，测定最终的需氧生物降解性，并且以1至10％的水平存在的成分单独测试。
2.根据权利要求1所述的膜，其中所施加的涂层的超过80％未渗透到基膜中超过5μm深。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的膜，其中所述膜不是层压材料的一部分。
4.根据权利要求1和2中任一项所述的膜，其中涂覆用UV或EB可固化的清漆进行。
5.根据权利要求1和2中任一项所述的膜，其中涂覆用基于水的清漆进行。
6.根据权利要求1和2中任一项所述的膜，其中涂层通过印刷施加。
7.根据权利要求1和2中任一项所述的膜，其中基膜的两侧都被涂覆。
8.根据权利要求1和2中任一项所述的膜，基膜的每侧的涂层的厚度为0.05至10μm。
9.包含根据权利要求1-8中任一项所述的膜的气调包装或受控气氛包装。
10.包含根据权利要求1-8中任一项所述的膜的气球。
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