CN116163157A - 一种高阻隔柔性包装材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有高阻隔柔性包装材料，包括一层纸张基底，一层底涂层，一层第一氧气阻隔层，一层第二氧气阻隔层和一层封合层。所述第一氧气阻隔层包括含有羟基的组合物。所述第二氧气阻隔层包括铝、纳米二氧化硅、纳米三氧化二铝、金刚石等一种金属或无机材料。所述封合层包含成膜性共聚物，可选择丁二烯与苯乙烯共聚物、丙烯酸酯化合物、乙烯丙烯酸共聚物、苯乙烯‑丙烯酸酯共聚物、乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物等一种或多种。这种高阻隔柔性包装材料采用一层纸张基底、一层第一氧气阻隔层、一层第二氧气阻隔层和一层封合层的复合结构，能够解决水蒸气阻隔的问题，且所采用的材料无塑环保易回收，能够满足消费者对于食品保鲜和环保的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种柔性包装材料，尤其涉及一种高阻隔柔性包装材料。
背景技术
柔性包装由于其便携，成本低廉的特点受到了食品行业和消费者青睐。现有的柔性包装材料通常依据阻隔性能来区分，首先是含有金属铝层或者含有镀铝的PET或镀铝的BOPP材料，其阻隔性能最佳；其次为具有PET,PA或EVOH层的包装材料，但是单一的聚烯烃的阻隔性能较为普通，仅作为透明包装袋使用。而纸张作为一种可回收、可降解、成本低廉的材料，在柔性包装领域鲜少应用。主要原因是改善纸张内部的孔隙结构丰富，改善纸张天然亲水的特点，以达到普通聚烯烃材料的阻隔性能尤为困难。
另外，纸张内部含有大量的羟基，氧气阻隔材料也可能含有大量的羟基。目前需要一种无塑环保的食品包装材料，达到消费者对于食品保鲜、环保的要求，就需要在无聚烯烃材料层结构的包装材料中解决水蒸气阻隔的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高阻隔柔性包装材料，采用一层纸张基底、一层底涂层、一层第一氧气阻隔层、一层第二氧气阻隔层和一层封合封合层的复合结构，能够解决水蒸气阻隔的问题，且所采用的材料无塑环保、易回收，能够满足消费者对于食品保鲜和环保的要求。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高阻隔柔性包装材料，依次包括一层纸张基底，一层底涂层，一层第一氧气阻隔层，一层第二氧气阻隔层和一层封合层，所述纸张基底包括化学漂白阔叶木浆，化学漂白针叶木浆，化学热摩机械浆，碱性过氧化氢机械浆的一种或多种。所述纸张基底的MD方向上的拉伸率大于等于1％，或大于等于3％，或大于等于6％；所述第一氧气阻隔层包括铝、纳米二氧化硅、纳米三氧化二铝、金刚石等一种金属或无机材料；所述第二氧气阻隔层包括含有羟基的组合物，包括乙烯乙醇共聚物、聚乙烯醇、纳米纤维素、纳米直链淀粉、纳米几丁质的一种或多种；所述封合层包含成膜性共聚物，可选择丁二烯与苯乙烯共聚物、丙烯酸酯化合物、乙烯丙烯酸共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等一种或多种。
所述纸张基底采用0～90％化学漂白针叶木浆和0～100％化学漂白阔叶木浆。
所述纸张基底采用0～80％化学漂白针叶木浆、15～100％化学漂白阔叶木浆和0～30％的纳米纤维素MFC。
所述纸张基底的MD方向上的拉伸率大于等于1％，或大于等于3％，或大于等于6％。所述纸张基底的CD方向上的拉伸率大于等于1％，或大于等于5％，或大于等于9％，所述拉伸率的测试方法使用ISO1924测定。
所述底涂层的克重范围为5～20g/m2，或9～25g/m2，或1～8g/m2，或24～40g/m2。
所述底涂层含有粘结剂，可选择丁二烯与苯乙烯共聚物、丙烯酸酯化合物、乙烯丙烯酸共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、淀粉、糊精、壳聚糖、纤维素醚、淀粉醚、纳米纤维素、纳米微晶纤维素、纳米微纤化纤维素等一种或多种。所述底涂层中粘结剂的含量在7～15％，或为15～22％，或为22～55％，或为40～100％。
所述底涂层可以含有有颜料，所述颜料可为研磨碳酸钙、沉淀碳酸钙、高岭土、粘土、滑石粉等一种或多种。
所述颜料的D50粒径小于等于2微米，颜料可选择的D95粒径小于等于2微米，或D98粒径小于等于2微米。
所述底涂层中颜料的含量在0～60％，或为70～90％，或为55-70％。
所述颜料为片状材料，具体为沉淀碳酸钙，高岭土或粘土时，所述颜料的径厚比大于等于10，或大于等于50，或大于等于100。
所述底涂层包含0～84％的粘土，D50粒径为1.92微米。
所述底涂层还可以包括0～0.3％，或0.2～14％的纳米微晶纤维素。
进一步的，底涂层还可以包括5-20％，0-9％，17-34％的多元醇或含有二元醇，所述醇为山梨醇、丙三醇、乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇的一种或多种。
所述第一氧气阻隔层包括铝、纳米二氧化硅、纳米三氧化二铝、金刚石等一种金属或无机材料。
第一氧气阻隔层的厚度为20～60纳米，或10～30纳米，或40～100纳米。
所述第二氧气阻隔层包括聚乙烯醇，所述聚乙烯醇的醇解度为87～92％，91～95％或94～99％，或96～100％，所述聚乙烯醇的分子量可为25～30万、或分子量17～22万、或分子量12～15万，或分子量2.5～13万。
所述第二氧气阻隔层还包括纳米纤维素，所述纳米纤维素可选择微纤维纤维素MFC，或纳米微纤维纤维素NFC，或纳米微晶纤维素NCC，所述纳米纤维素的长径比大于等于50，或大于等于100，或大于等于300，所述纳米纤维的直径范围为大于等于3.5纳米。
进一步的，底涂层还可以包括5-20％，0-9％，17-34％的多元醇或含有二元醇，所述醇为山梨醇、丙三醇、乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇的一种或多种。
进一步的，第二氧气阻隔层包括5-20％，0-9％，17-34％的多元醇或含有二元醇，所述醇为山梨醇、丙三醇、乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇的一种或多种。
封合层采用乙烯丙烯酸共聚物(EAA)。
本发明提供了一种制备所述的高阻隔柔性包装材料的制备方法，所述纸张具有如下性能：纸张的密度大于等于0.9Kg/m3；MD方向拉伸指数为65Nm/g至320Nm/g，测试标准为ISO 1924-3:2005；横向方向(CD)上的拉伸指数为40Nm/g至290Nm/g，测试标准为ISO1924-3:2005；在MD上的TEA指数为1.5J/g至5.9J/g，测试标准为ISO 1924-3:2005；在CD上的TEA指数为1.8J/g至5.9J/g，测试标准为ISO 1924-3:2005；
可选地，纸浆浆料的配比可以任意选择，如可以采用化学漂白浆浆料，也可以采用机械浆料，例如，采用原生纤维至少占比70％以上的浆料，或是化学漂白浆含量大于等于60％的浆料。
具体制备步骤如下：采用涂布机对纸张的一侧施加底涂层，在施加底涂层后，经过涂布的纸张经过涂布、烘干后，采用转移化学沉积法或真空蒸镀法施加第一氧气阻隔层；通过涂布机施加一层第二氧气阻隔层；再次干燥后，通过涂布机施加封合层后再干燥。纸张涂布和干燥过程中，纸张基底的含水量小于等于11％，大于等于2％。合适的含水量范围为3～8％，或5-7％。低于合适的含水范围，需要通过喷雾或喷水方式补充纸张内部的水分，以避免纸张基底因过度干燥产生开裂，影响到阻隔技术效果。
有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种高阻隔柔性包装材料，依次包括一层纸张基底，底涂层，一层第一氧气阻隔层，一层第二氧气阻隔层和一层封合层，所述纸张基底包括化学漂白阔叶木浆，化学漂白针叶木浆，化学热磨机械浆，碱性过氧化氢机械浆的一种或多种；所述第一氧气阻隔层包括铝、纳米二氧化硅、纳米三氧化二铝、金刚石等一种金属或无机材料。所述封合层包含成膜性共聚物，可选择丁二烯与苯乙烯共聚物、丙烯酸酯化合物、乙烯丙烯酸共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等一种或多种；所述第二氧气阻隔层包括含有羟基的组合物，包括乙烯乙醇共聚物、聚乙烯醇、纳米纤维素、纳米直链淀粉、纳米几丁质的一种或多种。本发明具备以下有益效果：这种高阻隔柔性包装材料采用一层纸张基底、一层第一氧气阻隔层、一层第二氧气阻隔层和一层封合层的复合结构，能够解决水蒸气阻隔的问题，且所采用的材料无塑环保易回收，能够满足消费者对于食品保鲜和环保的要求。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了根据本发明实施例的可回收的包装材料结构示意图。
具体实施方式
实施例1
图1示出了根据本发明实施例的可回收的包装材料结构示意图，如图1所示，本实施例的可回收的包装材料可以包括纸张基底100、底涂层102、第一氧气阻隔层104、第二氧气阻隔层106和一层封合封合层108。
采用90％化学漂白针叶木浆和10％化学漂白阔叶木浆制成的纸张，采用涂布机对纸张的一侧施加底涂层，所述底涂层包含84％重量份的淀粉、14％质量份的聚乙二醇PEG200，2％的聚乙烯醇，其分子量为5万，醇解度为99％。淀粉为预糊化淀粉，具有醋酸酯官能团。
在施加底涂层后，经过涂布的纸张经过涂布、烘干后。表面粗糙度小于等于2.23微米，表面孔隙度为40纳米。
继续采用转移化学沉积法或真空蒸镀法施加第二氧气阻隔层，所述纸张经过蒸镀，含有40纳米的金属铝的涂层。纸张使用意大利Bobst K5真空镀铝机对纸张表面进行处理。在施加第一氧气阻隔层后，所述纸张的含水度低于3％，采用水汽喷雾装置对纸张非镀铝面进行适当补水后，纸张的含水度调整到3％-7％。
第二氧气阻隔层主要采用聚乙烯醇(PVOH)，醇解度为99％，分子量3-7万。采用可乐丽公司生产的产品，合适的PVOH牌号为
3-98,/>
5-98。/>
第二氧气阻隔层的成分是95％聚乙烯醇，其余5％是山梨醇。
封合层采用乙烯丙烯酸共聚物(EAA)，采用美孚、陶氏、杜邦，SK化学等公司生产的产品。乙烯丙烯酸共聚物可以以乳液或溶液的方式分散溶解在水性涂料中，通过涂布方式施加在纸张基底上。
底涂层、第二氧气阻隔层和封合层可采用凹版涂布、柔版涂布、或帘式涂布，或狭缝涂布方式等一种或多种施加涂布层。涂布后，需要经过烘干。第二氧气阻隔层和封合层可同时或分开涂布。
帘式涂布可包含一个或多个涂布槽，典型的的多个涂布槽为2-3个。维美德Valmet、福伊特Voith、TSE Troller等公司都提供多个涂布槽的帘式涂布机构。
实施例1的各层成分和克重如下表1所示。
表1
实施例2：
采用80％化学漂白针叶木浆、15％化学漂白阔叶木浆，在纸机的湿部加入5％的纳米纤维素MFC。所述纳米纤维素采用化学漂白阔叶木浆为原料，采用唯美德商用双盘锥形磨浆机进行反复磨浆，其微小纤维含量大于等于98％。采用涂布机对纸张的一侧施加底涂层，所述底涂层包含69％的淀粉，23％的丙三醇，8％的聚乙二醇PEG200。
在施加底涂层后，经过涂布的纸张经过涂布、烘干后。表面粗糙度小于等于2.2微米，表面孔隙度为30纳米。
继续采用转移化学沉积法或真空蒸镀法施加第二氧气阻隔层，所述纸张经过蒸镀，含有40纳米的金属铝的涂层。纸张使用意大利Bobst K5真空镀铝机对纸张表面进行处理。在施加第一氧气阻隔层后，所述纸张的含水度低于3％，采用水汽喷雾装置对纸张非镀铝面进行适当补水后，纸张的含水度调整到3％-7％。
第二氧气阻隔层主要采用聚乙烯醇(PVOH)，醇解度为99％，分子量3-7万。采用可乐丽公司生产的产品，合适的PVOH牌号为
3-98,/>
5-98。
第二氧气阻隔层的成分是90％聚乙烯醇，其余10％是丙三醇。
封合层采用乙烯丙烯酸共聚物(EAA)，采用美孚、陶氏、杜邦，SK化学等公司生产的产品。乙烯丙烯酸共聚物可以以乳液或溶液的方式分散溶解在水性涂料中，通过涂布方式施加在纸张基底上。
底涂层、第二氧气阻隔层和封合层可采用凹版涂布、柔版涂布、或帘式涂布，或狭缝涂布方式等一种或多种施加涂布层。涂布后，需要经过烘干。第二氧气阻隔层和封合层可同时或分开涂布。
帘式涂布可包含一个或多个涂布槽，典型的的多个涂布槽为2-3个。维美德Valmet、福伊特Voith、TSE Troller等公司都提供多个涂布槽的帘式涂布机构。
实施例2的各层成分和克重如下表2所示。
表2
实施例3：采用80％化学漂白针叶木浆、15％化学漂白阔叶木浆，在纸机的湿部加入5％的纳米纤维素MFC。所述纳米纤维素采用化学漂白阔叶木浆为原料，采用唯美德商用双盘锥形磨浆机进行反复磨浆，其微小纤维含量大于等于98％。采用涂布机对纸张的一侧施加底涂层，所述底涂层包含60％的淀粉，30％的丙三醇，10％的纳米微晶纤维素NCC。
在施加底涂层后，经过涂布的纸张经过涂布、烘干后。表面粗糙度小于等于1.9微米，表面孔隙度为10纳米。
继续采用转移化学沉积法或真空蒸镀法施加第二氧气阻隔层，所述纸张经过蒸镀，含有40纳米的金属铝的涂层。纸张使用意大利Bobst K5真空镀铝机对纸张表面进行处理。在施加第一氧气阻隔层后，所述纸张的含水度低于3％，采用水汽喷雾装置对纸张非镀铝面进行适当补水后，纸张的含水度调整到3％-7％。
第二氧气阻隔层主要采用聚乙烯醇(PVOH)，醇解度为99％，分子量3-7万。采用可乐丽公司生产的产品，合适的PVOH牌号为
3-98,/>
5-98。
第二氧气阻隔层的成分是98％聚乙烯醇，其余2％是丙三醇。
封合层采用乙烯丙烯酸共聚物(EAA)，采用美孚、陶氏、杜邦，SK化学等公司生产的产品。乙烯丙烯酸共聚物可以以乳液或溶液的方式分散溶解在水性涂料中，通过涂布方式施加在纸张基底上。
底涂层、第二氧气阻隔层和封合层可采用凹版涂布、柔版涂布、或帘式涂布，或狭缝涂布方式等一种或多种施加涂布层。涂布后，需要经过烘干。第二氧气阻隔层和封合层可同时或分开涂布。
帘式涂布可包含一个或多个涂布槽，典型的的多个涂布槽为2-3个。维美德Valmet、福伊特Voith、TSE Troller等公司都提供多个涂布槽的帘式涂布机构。
实施例3的各层成分和克重如下表所示。
表3
上述三种实施方式的数据如下表4：
表4
应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本发明的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本发明的保护范围。
Claims (18)
1.一种高阻隔柔性包装材料，依次包括一层纸张基底，一层底涂层，一层第一氧气阻隔层，一层第二氧气阻隔层和一层封合层，所述纸张基底包括化学漂白阔叶木浆，化学漂白针叶木浆，化学热磨机械浆，碱性过氧化氢机械浆的一种或多种；所述第一氧气阻隔层包括铝、纳米二氧化硅、纳米三氧化二铝、金刚石等一种金属或无机材料；所述第二氧气阻隔层包括含有羟基的组合物，包括乙烯乙醇共聚物、聚乙烯醇、纳米纤维素、纳米直链淀粉、纳米几丁质的一种或多种；所述封合层包含成膜性共聚物，可选择丁二烯与苯乙烯共聚物、丙烯酸酯化合物、乙烯丙烯酸共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等一种或多种。
2.如权利要求1所述的高阻隔柔性包装材料，其中，所述纸张基底采用0～90％化学漂白针叶木浆和0～100％化学漂白阔叶木浆。
3.如权利要求1所述的高阻隔柔性包装材料，其中，所述纸张基底采用0～80％化学漂白针叶木浆、15～100％化学漂白阔叶木浆和0～30％的纳米纤维素MFC。
4.如权利要求1所述的高阻隔柔性包装材料，其中，所述纸张的密度大于0.9Kg/m3。所述纸张基底的MD方向上的拉伸率大于等于1％，或大于等于3％，或大于等于6％；所述纸张基底的CD方向上的拉伸率大于等于1％，或大于等于5％，或大于等于9％，所述拉伸率的测试方法使用ISO1924测定。
5.如权利要求1所述的高阻隔柔性包装材料，其中，所述底涂层的克重范围为5～20g/m2，或9～25g/m2，或1～8g/m2，或24～40g/m2。
6.如权利要求1所述的高阻隔柔性包装材料，其中，所述底涂层含有粘结剂，可选择丁二烯与苯乙烯共聚物、丙烯酸酯化合物、乙烯丙烯酸共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、淀粉、糊精、壳聚糖、纤维素醚、淀粉醚、纳米纤维素、纳米微晶纤维素、纳米微纤化纤维素等一种或多种。所述底涂层中粘结剂的含量在7～15％，或为15～22％，或为22～55％，或为40～100％。
7.如权利要求1所述的高阻隔柔性包装材料，其中，所述底涂层设置有颜料，所述颜料可为研磨碳酸钙、沉淀碳酸钙、高岭土、粘土、滑石粉等一种或多种。
8.如权利要求7所述的高阻隔柔性包装材料，其中，所述颜料的D50粒径小于等于2微米，颜料可选择的D95粒径小于等于2微米，或D98粒径小于等于2微米。
9.如权利要求7所述的高阻隔柔性包装材料，其中，所述底涂层中颜料的含量在0～60％，或为70～90％，或为55-70％。
10.如权利要求7所述的高阻隔柔性包装材料，其中，所述颜料为沉淀碳酸钙，高岭土或粘土时，所述颜料的径厚比大于等于10，或大于等于50，或大于等于100。
11.如权利要求2或3所述的高阻隔柔性包装材料，其中，所述底涂层或第二氧气阻隔层包括5-20％，0-9％，17-34％的多元醇或含有二元醇，所述醇为山梨醇、丙三醇、乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇的一种或多种。
12.如权利要求11所述的高阻隔柔性包装材料，其中，所述底涂层还包括0-0.3％，或0.2-14％的纳米微晶纤维素。
13.如权利要求1所述的高阻隔柔性包装材料，其中，所述第二氧气阻隔层包括聚乙烯醇，所述聚乙烯醇的醇解度为87～92％，91～95％或94～99％，或96～100％，所述聚乙烯醇的分子量可为25～30万、或分子量17～22万、或分子量12～15万，或分子量2.5～13万。
14.如权利要求1所述的高阻隔柔性包装材料，其中，所述第二氧气阻隔层包括纳米纤维素，所述纳米纤维素可选择微纤维纤维素MFC，或纳米微纤维纤维素NFC，或纳米微晶纤维素NCC，所述纳米纤维素的长径比大于等于50，或大于等于100，或大于等于300，所述纳米纤维的直径范围为大于等于3.5纳米。
15.如权利要求1所述的高阻隔柔性包装材料，其中，所述第一氧气阻隔层的厚度为20～60纳米，或10～30纳米，或40～100纳米。
16.如权利要求1所述的高阻隔柔性包装材料，其中，封合层采用乙烯丙烯酸共聚物(EAA)。
17.一种制备如权利要求1-16所述的高阻隔柔性包装材料的制备方法，采用具有如下性能的纸张：纸张的密度大于等于0.9Kg/m3；MD方向拉伸指数为65Nm/g至320Nm/g，测试标准为ISO 1924-3:2005；横向方向(CD)上的拉伸指数为40Nm/g至290Nm/g，测试标准为ISO1924-3:2005；在MD上的TEA指数为1.5J/g至5.9J/g，测试标准为ISO 1924-3:2005；在CD上的TEA指数为1.8J/g至5.9J/g，测试标准为ISO 1924-3:2005。
18.一种如权利要求17所述的高阻隔柔性包装材料的制备方法，制备步骤如下：采用涂布机对纸张的一侧施加底涂层，在施加底涂层后，经过涂布的纸张经过涂布、烘干后，采用转移化学沉积法或真空蒸镀法施加第一氧气阻隔层；通过涂布机施加一层第二氧气阻隔层；再次干燥后，通过涂布机施加封合层后再干燥。
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