CN110637123A - 水分控制材料 - Google Patents

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Abstract

制造主动式水分控制材料的方法，其中该材料由基板形成，所述基板包含纤维素纤维并且定量为50至500g/m2并且松厚度为至少1.2cm3/g，其中该方法包括用包含羧甲基纤维素(CMC)和金属盐的表面处理组合物对所述基板的至少一侧进行表面处理，其中所述表面处理组合物包含2至10重量％的羧甲基纤维素，基于所述表面处理组合物的总固含量计，和10至30重量％的金属盐，基于所述组合物的总固含量计。

Description

水分控制材料
技术领域
本发明涉及制造具有改进的阻隔性质的包装材料的方法，并且涉及由所述方法生产的材料。更特别地，本公开内容涉及制造用于包装的主动式(active，积极)水分控制材料的方法，其中包装(例如香烟或干食品包装)内部的水分水平可被稳定化使得在打开包装之前和之后，内部的产品会被储存在恒定的湿度下。
背景技术
在许多类型的包装中，材料必须具有对水分、香味、氧气等的阻隔性质，这是保存包含在包装中的产品的品质所需要的。每年有约1亿吨食品遭到浪费。这相当于世界生产的全部食品的1/3。在整个食品链条中食品都遭到浪费。虽然改进的包装不是全部食品浪费的解决方案，但是家庭中20-25％的食品浪费都与包装相关。通常这样的阻隔体可为所谓的被动阻隔体，即其中在结构中存在单独的阻隔层。在例如香烟包装中，通常存在与铝箔或铝层压结构体相组合的塑料膜包装物(wrapping)。
在打开包装之后，进一步的挑战是保持包装内部原来的水分水平或在包装内部将水分水平保持为尽可能地接近原来的水分水平。这对于对水分敏感的产品，如香烟是非常关键的。
现有技术中已经提出了多种能够提供更为主动的水分控制的解决方案。例如，US4997082A公开了包括在包装中的恒湿垫。其他解决方案呈现在例如US2013292279A中，其中公开了香烟包装，在该包装中具有水分阻隔层的纤维材料的层被嵌入到纤维材料的层内或涂覆在纤维层的外部上。该阻隔层包含聚合物膜，其吸收水分的能力有限。在WO09106493A1中公开了具有湿度控制的包装。该包装具有层压结构，并且含水层插入在两个聚合物层之间。该含水层可为用水饱和的纸或者用盐的水溶液饱和的纸，其可提供对蒸发的控制。聚合物层可提供有使容器内部的含水层暴露的撕条(tear-off strips)以使得内部的烟草补充水分(水合)。
从环境的角度来看，基于纤维的主动式包装材料也是具有吸引力的。例如，由主动式的基于纤维的材料制得的包装可防止氧气使食品劣化或阻止细菌在食品物质中生长。
需要改进的制造包装的方法和改进的包装材料，该材料可主动地控制包装内部的湿度，并且其进一步地更易于制造或者其不需要数个层或层合结构(体)。
发明内容
本公开内容的目标是提供制造用于主动式水分控制的改进的材料的方法，其消除了或减轻了现有技术材料中的至少一些缺点。
更具体的目标包括提供由水分控制材料形成的包装和制造水分控制材料的方法。
本发明由所附的独立权利要求限定。在所附的从属权利要求以及以下描述和附图中阐述实施方式。
根据第一方面，提供了制造主动式水分控制材料的方法，其中该材料由基板形成，所述基板包含纤维素纤维，并且定量为50至500g/m2并且松厚度(bulk)为至少1.2cm3/g，其中第一方面的方法包括用包含羧甲基纤维素(CMC)和金属盐的表面处理组合物对所述基板的至少一侧进行表面处理，其中所述表面处理组合物包含2至10重量％的羧甲基纤维素，基于所述表面处理组合物的总固含量计，和10至30重量％的金属盐，基于所述组合物的总固含量计。
主动式水分控制材料是指可从环境中吸收水分(比如水)的主动式材料，或防止水分例如从封闭的隔间逸出的主动式材料，或甚至向环境或其所包围的或与其相邻的隔间提供水分(即水分的解吸(脱湿))的主动式材料。该材料因此不是所谓的被动式阻隔材料。
通过向基板的至少一侧提供包含CMC和金属盐的的表面处理组合物，已经令人惊奇地显示出这提供了在宽范围的湿度水平中具有良好的水分控制性质以及具有组合物在基板上的均匀分布的材料。在不同的地方涂覆之后，可测量层厚度。良好的水分控制性质是指基板在预调理或预湿润(pre-moisturizing)步骤中能够吸收足够的水分，并且在材料内部保持该水分水平，即便在经受干燥的条件下也是如此，比如打开包装。水分控制性质可通过在不同类型的温度和水分条件下的吸收速度和解吸速度测量来定义或表征。与仅包含CMC或仅包含盐的传统处理相比，该材料进一步表现出改进的强度。
板的孔隙度使得表面处理组合物能够以足够的量被并入到基板中。
因此，本发明的CMC和金属盐的组合提供了良好的水分容量和解吸性质这两者。
因此，该材料自身就可形成基础包装材料，这与包装中具有单独的水分控制或增湿材料形成对比，比如香烟盒。这意味着制造例如香烟盒可更加容易，以及在其被打开之后可具有改进的对包装内部湿度的控制。这意味着该材料可在任意的常规造纸或板制造方法中生产。
表面处理可包括将所述组合物直接施加至所述基板的所述至少一侧上。
表面处理可为表面施胶和涂覆操作中的任一种。
这意味着表面处理可容易地被并入到常规造纸方法中。
基板的松厚度可高于1.5cm3/g，或优选高于2.0cm3/g。
这意味着基板优选为高松厚度材料，其可易于吸收表面处理组合物。
根据第一方面的替代方案，表面处理组合物可包含10至20重量％的金属盐，基于该组合物的总固含量计。
表面处理组合物可进一步地为含水悬浮体，其干含量为2至40％，或优选10至30％。
表面处理组合物可以10至150g/m2，且优选以30至100g/m2的量施加至所述基板的至少一侧上。
金属盐可选自氯化钠、氯化钙、氯化钾和硝酸钠中的任一种。
优选的金属盐为硝酸钠，这是由于其吸收水分的能力，尤其在约65％RH的期望的湿度下。
基板可为纸或纸板中的任一种。基板因此可为任意类型的常规用于例如包装应用中的纸或纸板，即不是木屑压合板(chipboard)。基板的定量可优选为110至500g/m2。
在施加表面处理组合物之后可将该材料干燥。所述干燥可为任意常规干燥方法。
在施加表面组合物之后可对该材料进行预调理。该预调理可为预湿润步骤。该预调理可在干燥步骤之后进行。
根据第二方面，提供了通过根据第一方面的方法获得的主动式水分控制材料，其中该材料由基板形成，所述基板包含纤维素纤维，并且定量为175至500g/m2，或优选250至500g/m2，并且松厚度高于1.2cm3/g。
通过应用本发明的包含CMC和金属盐的表面处理，该材料提供有在宽范围的湿度水平下的良好的水分控制性质。
可向所述材料的内侧上提供所述表面处理组合物，并且其中该材料在其相对一侧提供有另外的阻隔层，其中所述另外的阻隔层包含蜡、合成聚合物和生物基聚合物中的任一种。
根据第三方面，提供了用于包装应用的由根据第二方面的材料形成的坯料。
根据第四方面，提供了由根据第二方面的主动式水分控制材料形成的，或由根据第三方面的坯料形成的包装，其形成主动式水分控制包装。
主动式水分控制包装是指适用于在其中保存对水分敏感的材料的包装或包装材料。这些类型的包装或包装材料用于例如香烟包装，或各种类型的食品。
这意味着可通过使用主动式水分控制材料作为整个包装的基础包装或和坯料形成例如香烟包装或香烟盒，并且因此主动式水分控制材料包围着香烟，即纤维材料可直接紧靠被包装的产品。主动式控制材料因此形成了包装的主结构。传统上，香烟盒包含数个单独的层以将水分保持在包装内部。凭借主动式水分控制材料，水分可已经存在于材料中，由此为被包装的产品提供所需要的湿度，同时还提供了一种容易的制造包装的方法。水分控制因此可为一种快速的方法，因为在包装内部没有安排其他的阻隔层。
通过使用主动式水分控制材料来形成包装，不仅提供了对包装内部水分控制的改进的方式(不仅在储存和运输期间，还在包装已经打开时)，还提供了以容易的方式生产水分控制包装的方式。包装内部的水分水平因此可被稳定化(例如香烟或干食品包装)使得在打开包装之前和之后内部产品都会被储存在恒定的湿度下。
术语“预调理”是指使包装材料在正确的水分含量稳定化以及使包装的内部体积在正确的水分含量稳定化。这意味着一旦材料经过预调理，就不需要采取其他增湿措施以确保被包装的产品的正确的环境。预调理可就在封闭包装之前进行，但也可与用于形成包装的水分控制材料或坯料的生产相连地进行。
该包装可进一步提供有或包含被动式阻隔层。
该包装可甚至进一步提供有或包含外部纸或板层。
该包装因此形成了层压结构，其可包含以下结构：板/被动式阻隔体/水分控制材料，或替代地为板/水分控制材料，其中主动式控制材料被置于与包装的内部相连并且板或纸层在外部，以向该包装提供改进的结构刚度(挺度)。
该包装可基本上用于全部类型的对水分敏感的产品，比如食品、香烟、药品、化妆品、电子产品、金属制品、服装和鞋。该包装可例如用于包装衣服(服装)或鞋以避免使用或减少使用防霉添加剂。
附图说明
现在将参考附图以示例的方式描述本发明的解决方案。
图1显示了展示吸收能力的曲线图。
图2显示了展示解吸能力的曲线图。
具体实施方式
本发明涉及主动式水分控制材料的制造方法，其中基板提供有表面处理组合物，即表面处理组合物被施加至基板。在本发明的方法中，基板的至少一侧提供有表面处理组合物。
可直接将表面处理组合物施加至基板上，例如在常规造纸方法中直接施加。可在表面施胶步骤中，比如在表面压机中施加表面处理组合物，或替代地作为涂覆物，比如通过分散涂覆、刮涂、幕涂、棒涂、缝模涂覆和喷涂技术或印刷技术来施加表面处理组合物。
在施加表面处理组合物之后可将该材料干燥。干燥方法可为任意常规干燥方法，比如使用热滚筒，空气干燥或真空干燥。
干燥后，材料的干含量优选为1至13％，且最优选为2至10％。
基板可为纸或纸板中的任一种。基板可基本上为任意类型的幅材类材料，其中纤维材料由基于非化石的原材料生产，并且其用于常规造纸方法中或板制造方法中。基板还可由任意类型的基于纤维素的材料制得。
基板的克重或定量为50至500g/m2，优选为110至500g/m2，或甚至为175至500g/m2。
基板的孔隙度可被定义为松厚度，其根据标准ISO 534测量。
基板的松厚度优选高于1.2cm3/g，或优选高于1.5cm3/g，或甚至更优选高于2.0cm3/g。因此纸或纸板优选为所谓的高松厚度材料。松厚度与基板的孔隙度相关联，并且因此还与基板在其中或向其中吸收表面处理组合物的能力相关联。通过在基板上施加表面处理，因此形成了主动式水分控制材料。针对旨在与食品接触的主动式或智能材料和制品的欧盟委员会条例(EC)第450/2009号，定义了这些主动式材料包括吸收/清除系统、释放(脱模)系统和具有接枝在或固定在包装壁上的物质的系统。
表面处理组合物包含羧甲基纤维素(CMC)和金属盐。
组合物中CMC的比例或量优选为2至10重量％，基于所述组合物的总固含量计。
该组合物以约10–30重量％，或最优选约10–20重量％的量包含金属盐，基于所述组合物的总固含量计。
表面处理组合物可以是干含量为2至40％，且优选为10至30％的含水组合物。
优选地，以10至150g/m2，且优选30至100g/m2的量将该组合物施加至基板的表面上。
金属盐优选选自氯化钠、氯化钙和氯化钾、亚硝酸钠。
在一个实施方式中，金属盐为亚硝酸钠，这是由于其吸收能力，尤其是在相对湿度(RH)65％附近的期望湿度区域。
该材料的水分控制性质可被测量并且被定义为该材料从22℃和60％相对湿度至30℃和65％相对湿度的吸收能力或速度，和从22℃和60％相对湿度至35℃和15％相对湿度的解吸速度或能力。
已经显示出以这些量施加CMC和金属盐提供了良好的最终产品的覆盖和品质，并且从加工工程角度来看也是适用的。
主动式控制材料可用作不同类型包装的坯料或基础包装材料。
在封闭包装之前，可对由主动式水分控制材料形成的包装或主动式水分控制材料自身进行预调理。预调理是指例如使材料预湿润，即使得吸收水分，比如水，或混有添加剂比如PEG的水。
预调理或预湿润之后的水分含量可为2至30％。预湿润之后的水分含量取决于例如对由该材料形成的包装所期望的相对湿度而变化。
该预调理可在将坯料转化为包装材料期间或在填充包装期间进行。
该预调理之前可进行干燥操作，如前所述。
包含主动式控制材料的包装可用于全部类型的对水分敏感的产品，比如香烟、药品、化妆品、电子产品、金属制品、服装、鞋和食品。
在一个替代实施方案中，在基板的明确界定的区域处的水分控制图案中，基板可提供有表面处理组合物，使得只有该区域或图案具有主动式水分控制性质。这可通过印刷方法或缝模涂覆等实施。
根据一个替代实施方式，可向主动式水分控制材料上提供被动式阻隔材料。这样的被动式阻隔材料可为合成或可再生聚合物中的任一种。合成聚合物的实例可为以下的任一种：低密度聚乙烯(LDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)，聚丙烯(PP)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。可再生聚合物的实例可为所谓的绿色聚乙烯(PE)、绿色对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乳酸和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)。被动式阻隔材料在制造期间可被施加至主动式控制材料上，例如作为涂覆物或膜层，或之后作为可分开的膜。
膜施加的实例为膜层压、胶层压、压敏层压。阻隔层可替代地通过分散体、水或基于溶剂的涂覆系统而被施加。其还可被挤出涂覆或挤出层压至主动式水分控制材料上。
主动式水分控制材料除了提供有被动式阻隔体之外，其在层压结构中还提供有纸或板层，即板/被动式阻隔体/水分控制材料。主动式水分控制材料会在包装内部。这会提供这样的优点，即主要由不在任何较大程度上吸收水分的外部板/纸层来产生包装的刚度。
鉴于以上对本发明的详细描述，其他修改和变型对于本领域技术人员将变得显而易见。然而，显然，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行这样的其他修改和变型。
吸收和解吸测试
使用三种不同的表面处理组合物对基板表面施胶。
用根据本发明的包含10％的CMC(基于所述组合物的总固含量计)+30％的NaNO2(基于所述组合物的总固含量计)的表面处理组合物处理样品no.1，并且与用具有几乎100％(基于所述组合物盐的总固含量计)的盐的涂覆物处理的基板，和使用Boveda:甲酸钠+乳酸钠(样品no.5)和仅用CMC处理的基板(样品no.6)比较。
如图1中可见，本发明的表面施胶剂(No.1)具有最好的吸收能力(从RH60向RH70提高)，以及在图2中的可接受的解吸能力(从RH60向RH15降低)。

Claims (16)

1.制造主动式水分控制材料的方法，其中
该材料由基板形成，所述基板包含纤维素纤维并且定量为50至500g/m2并且松厚度为至少1.2cm3/g，
其特征在于
所述方法包括用包含羧甲基纤维素(CMC)和金属盐的表面处理组合物对所述基板的至少一侧进行表面处理，其中所述表面处理组合物包含2至10重量％的羧甲基纤维素，基于所述表面处理组合物的总固含量计，和10至30重量％的金属盐，基于所述组合物的总固含量计。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述表面处理包括将所述组合物直接施加至所述基板的所述至少一侧上。
3.如权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述表面处理为表面施胶和涂覆操作中的任一种。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中松厚度高于1.5cm3/g，或优选高于2.0cm3/g。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中表面处理组合物包含10至20重量％的金属盐，基于该组合物的总固含量计。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述表面处理组合物为含水悬浮体，其干含量为2至40％，或优选10至30％。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中以10至150g/m2，且优选以30至100g/m2的量将所述表面处理组合物施加至所述基板的至少一侧上。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述金属盐选自氯化钠、氯化钙、氯化钾和硝酸钠中的任一种。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述基板是纸和纸板中的任一种。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中基板的定量优选为110至500g/m2。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在施加表面处理组合物之后将该材料干燥。
12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在施加表面组合物之后对该材料进行预调理。
13.主动式水分控制材料，其通过权利要求1至12中任一项所述的方法获得，其中该材料由基板形成，所述基板包含纤维素纤维并且定量为175至500g/m2，或优选250至500g/m2，并且松厚度高于1.2cm3/g。
14.如权利要求13所述的材料，其中在所述材料的内侧上提供所述表面处理组合物，且其中该材料在其相对一侧提供有另外的阻隔层，其中所述另外的阻隔层包含蜡、合成聚合物和生物基聚合物中的任一种。
15.由如权利要求13或14中任一项所述的材料形成的用于包装应用的坯料。
16.由如权利要求13或14中任一项所述的主动式水分控制材料形成的，或由权利要求15所述的坯料形成的包装，其形成主动式水分控制包装。
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