CN1522200A - 涂覆聚合物的可热封包装材料,其制备方法及其制成的密封包装 - Google Patents

涂覆聚合物的可热封包装材料,其制备方法及其制成的密封包装 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种涂覆聚合物的可热封的包装材料、其制备方法及其制备的密封包装。该材料包含包装纸或包装板的纤维基层(3)、外面的聚合物热封层(1、8)，例如LDPE、和根据本发明部分或全部由环烯烃共聚物(COC)制成的内部聚合物水蒸气阻挡层(2、7)。COC水蒸气阻挡层和热封层经挤压制备到纤维基层上，它们可以放置在纤维基层的一侧或为了在包装的两侧实现潮湿阻挡而放置在纤维基层的两侧。而且聚合物氧阻挡层，例如EVOH或聚酰胺层可以合并在包装材料中。COC为无定形的，用它作为挤出的水蒸气阻挡层能防止包装材料的卷曲。本发明的包装包括用于干和液体食品的纸箱、盒和袋包装。

Description

涂覆聚合物的可热封包装材料，其制备方法及其制成的密封包装
本发明涉及一种制备可热封的包装材料的方法，其中将层状聚合物涂覆层挤压到纤维基层(fibre base)上，这些层包含外面的聚合物热封层和至少一层水蒸气渗透性比热封层低的内部的聚合物阻挡层。此外，本发明涉及一种由该方法提供的涂覆聚合物的包装材料和通过折叠和热封由它制备的成形的(finished)密封包装。
液体和甚至许多干食品的产品包装都需要密封性防止产品过早地变坏，也保护包装材料本身。材料的水蒸气密封性防止液体产品从包装漏出和防止材料的纤维基层因从产品吸收水分被水浸泡。水蒸气密封性也防止外部的水分进入损坏包装的干产品。另外，也常常需要包装材料为氧密封性以防止包装的产品氧化和保存其香味。
基于纤维的涂覆聚合物的包装材料的最上面的热封层中一般使用的低密度聚乙烯(LDPE)也起到防止水蒸气渗透的保护。但是，在这方面LPDE不是很有效的材料，为获得良好的水蒸气阻挡层它必须以相当厚的层使用。在基于纤维的包装材料中使用高密度聚乙烯(HDPE)作为相当形成水蒸气阻挡层的更有效的聚合物，除了纤维基层外，典型放置在热封层和纤维基层之间的包装里侧的包含HDPE的层和可能的氧阻挡层，使得水蒸气阻挡层也保护氧阻挡层因包装的产品引起的潮湿。
但是，在基于纤维的包装材料中使用HDPE的缺点是它引起材料的卷曲。其原因是HDPE层在其挤出后发生后结晶。
本发明的目的是形成一种溶液，不需要损坏排列在该材料中的水蒸气阻挡层就能够避免基于纤维的包装材料的所述卷曲问题。本发明的包装材料，本发明的包装材料的制备方法的特点是环烯烃共聚物(COC)合并在阻挡层中使得在聚合物中不发生后结晶的条件下挤压生产出无定形层。
环烯烃共聚物(COC)是通过共聚乙烯和环烯烃而生产的聚合物，已被公开，例如在印刷出版物EP0 773 102A1中，其通过参考合并为本解释的部分。COC的特点是它具有良好的水蒸气阻挡性能；另外，它是无定形的。因此，由此引起的后结晶和卷曲都不发生在挤出的COC层。根据技术陈述，作为水蒸气阻挡层它解决了与使用的HDPE相关的上述问题。
在出版物EP0 773 102A1中的实施例特别地描述了四环的环烯烃共聚物。另外，可以利用通过共聚乙烯和降冰片烯而制备的商品COC聚合物，其具有至少类似于HDPE的高密度和水蒸气阻挡性能。制备这样的COC的公司Ticona GmbH报道它的产品具有1.02g/m3的密度、2600-3500N/mm2的弹性模数和0.02-0.04g·mm/m2·24小时的水渗透性。COC已作为用于聚合物发泡包装和包装膜的水蒸气密封材料上市，但是直到申请人所知，COC尚未作为依照本发明将被挤出的水蒸气阻挡层用于基于纤维的包装材料例如包装纸和纸板(board)，其目的是避免现有材料的卷曲问题。
含COC的阻挡层能在挤出中直接粘附在LDPE的热封层上，不必在层之间使用粘合剂。同样地COC是不可热封的，但是它能和LDPE一起被热封。而且，依照本发明已经注意到COC阻挡层在挤出中能粘附在纤维基层上，在它们之间不需要粘合剂层。因此，本发明使包装材料的实施方案成为可能，其中纤维基层的一侧仅配有层状COC，同时作为纤维基层相对侧的热封层能整体地被剩下而无聚合物涂层。因为卷曲问题，使用HDPE作为水蒸气阻挡层的个别材料(respective material)的制备是根本不可能的。该材料对于干产品的包装是有用的，其中聚合物层位于包装的外表面以保护纤维基层和包装的产品免受外部的水分。
备选地，本发明能通过挤出层状COC和热封层有利地应用到包装材料的纤维基层的两侧。该材料具有对称结构是可能的，这种情况下能以任意方式将其应用到折叠包装上而不改变水蒸气阻挡层或包装的其它性能。
根据本发明，水蒸气层可以仅由COC组成，或者备选地由COC和一些其它聚合物例如LDPE的混合物组成。COC本身是相对刚性的聚合物材料，经和LDPE混合，减少当将包装材料折叠到包装上时削弱蒸汽阻挡层的破裂的风险是可能。
根据本发明，形成水蒸气阻挡层的COC层的重量可以为5-50g/m2，优选7-30g/m2，最优选10-20g/m2。优选由LDPE制成的热封层的重量可以为5-50g/m2，优选5-30g/m2，最优选7-20g/m2。通过在热封层中混合LDPE和一些其它合适的聚合物例如聚丙烯或聚丁烯，可能达到拉开时张开的剥离密接，即密接。
形成的氧阻挡层的至少一个聚合物层能进一步合并在本发明的包装材料中。例如当包裹液体食品时，包装材料典型地被折叠使得氧阻挡层位于纤维基层的内部。COC水蒸气阻挡层能进一步有利地放置在材料的两侧使得纤维基层和氧阻挡层被剩在两COC层之间。然后包装里侧的聚合物层形成氧和水蒸气阻挡层，防止包装的产品接触外界空气，同时防止包装材料的纤维基层接触包装的产品。包装外侧的COC蒸汽阻挡层又保护纤维基层和氧阻挡层防止水分从外面穿透，保证包装在其需要的保存期内保持阻挡性能。
形成氧阻挡层的合适的聚合物材料为乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)、聚酰胺(PA)和这些的化合物。合并在该材料中的氧阻挡层的重量可以为3-15g/m2，优选5-10g/m2。
根据本发明制备的包装材料可以由包装板(纸板/卡纸板)形成，其纤维基层的重量可以在130和500g/m2之间变化，最优选170-300g/m2。一般使用的，例如在涂覆聚合物的包装板中的三层纸板可用作纤维基层，一个放置在两较薄层硫酸盐浆粕之间的纸板的化学热磨机械浆(CTMP)的厚层。另外，本发明覆盖包装纸，其中纤维基层的重量一般为20-120g/m2，优选40-100g/m2。
通过折叠和热封上述的和根据本发明制备的一些包装材料形成本发明的密封包装，使包装的外表面将包含含有COC的水蒸气阻挡层和外部的热封层。以这种方式，首先，水分从外面渗透引起的纤维基层和产品的潮湿问题因此在包装中被解决了。
而且，本发明的包装有利地包含第二COC水蒸气阻挡层和可能的聚合物氧阻挡层，当折叠材料时这两层被留置在纤维基层里侧包装的内表面。
本发明的包装可以尤其是由涂覆聚合物的纸板制成的纸箱(carton)或盒的包装，或由涂覆聚合物的纸制成的袋包装。特别地干和液体食品可以作为包装的产品。
下面参考附图借助于实施例更加详细地解释本发明，其中
图1-13表示作为不同备选实施方案的本发明的包装材料的层结构，
图14表示通过折叠和热封包装板制备成的本发明的纸箱包装，和
图15为进行卷曲测定的结果图。
图1所示的涂覆聚合物的包装板以所述的顺序包含LDPE热封层1、COC水蒸气阻挡层2、纤维基层3，其是例如包括两层硫酸盐纸浆层和它们之间的一层化学热磨机械浆(CTMP)层的三层纸板、COC水蒸气阻挡层7、和LDPE热封层8。LDPE和COC层(1、2；7、8)经共挤出一步被应用到纤维基层(3)的两侧。纤维基层的重量例如为250g/m2，两COC层2、7的重量例如为15g/m2，两LDPE层1、8的重量例如为15g/m2。因此，该纸板具有完全对称的结构，使得LDPE层1、8的任一层可以为用纸板折叠成的包装的外表面，任一层可以为内表面。由于两侧的水蒸气阻挡层，该纸板特别适合在气候温暖和潮湿的国家包装干食品。
图2中包装板以所述的顺序包含LDPE热封层1、COC水蒸气阻挡层2、纤维基层3、EVOH氧阻挡层5、例如接枝聚乙烯的粘合剂层6、和LDPE热封层8。纤维基层(3)两侧的层状涂覆层(1、2；5、6、8)用共挤出法生产。纤维基层3可以由上述的三层纸板组成，其重量为250g/m2。第一LDPE层和COC层2的重量可以为15g/m2。EVOH层5的重量可以为，例如5g/m2，粘合剂层6的重量同样可以为5g/m2。第二LDPE层8的重量为，例如40g/m2。该纸板被设计折叠成包装，使第一较薄的LDPE层1为包装的外表面，第二较厚的LDPE层8为其内表面，使得EVOH氧阻挡层5被留置在包装的纤维基层3里侧。该纸板可用于干或液体食品的包装，其中COC层2保护材料的内表面，当需要时防止产品遭受外部的潮湿，EVOH层5和包装最内层的较厚的LDPE层8防止产品氧化和防止材料的纤维基层3遭受产品引起的潮湿。
图3的包装板区别于图2所示包装板之处仅在于：代替EVOH，PA层4被用作氧阻挡层，其厚度，例如为7g/m2。
在图4中，进一步表示了本发明纸板的一个实施方案，其中氧阻挡层包括层状PA和EVOH层4、5。两层4、5的重量都可以为，例如5g/m2。
在图5中，所示的包装板以所述的顺序包含LDPE热封层1、COC水蒸气阻挡层2、纤维基层3、EVOH氧阻挡层5、例如接枝聚乙烯的粘合剂层6、COC水蒸气阻挡层7、和LDPE热封层8。用共挤出法生产纤维基层(3)两侧的层状涂覆层(1、2；5-8)。纤维基层3可以用上面提及的三层纸板制成，LDPE和COC层1、2、7、8的每个重量可以为15g/m2，EVOH和粘合剂层的重量为5g/m2。该纸板被设计折叠成包装，使得先提及的LDPE层1将成为包装的外表面，后提及的LDPE层8将成为内表面，这种情况下EVOH层5I被留置在包装的纤维基层3的里侧。该纸板特别适合液体食品的包装，这种情况下在EVOH层5形成保护产品的氧阻挡层的同时，纤维基层两侧的COC层2、7为纸板的其它层提供了需要的潮湿保护。
图6所示的包装板不同于图5所示包装板之处仅在于：代替EVOH，重量例如为7g/m2的PA层4被用作氧阻挡层。在图7中，进一步表示了一个实施方案，其中氧阻挡层由层状PA和EVOH层4、5组成，两者的重量为，例如5g/m2。
在图8中，表示了本发明的一种包装材料，其不同于图1所示之处仅在于：取代三层纸板，使用重量例如为80g/m2的包装纸3作为纤维基层。
图9公开了发明的一个实施方案，其中由COC水蒸气阻挡层7和外面的LDPE热封层8组成的聚合物涂覆层仅挤压到纤维基层3的一侧。换句话说，纤维基层3的另一侧被留下而没有聚合物涂层。纤维基层3可以由硫酸酯(盐)(sulphate)和CTMP层组成的上面提及的三层板纸制成。当将包装板9折叠为包装时，聚合物涂覆层7、8可以象成为包装的内表面一样成为外表面。
图10的包装板包含纤维基层3，在其上以所述的顺序挤压涂覆EVOH层5、粘合剂层6、COC层7、和LDPE热封层8。纤维基层3的一侧被留下而无涂层。在图11中，进一步表示了从一侧涂覆的包装板，其中纤维基层3以所述的顺序具有作为涂层的COC层10、粘合剂层11、EVOH层5、粘合剂层6、和LDPE层8。在图10和11的实施方案中，挤压的COC水蒸气阻挡层7、10不卷曲该纸板，不象HDPE水蒸气阻挡层。在这两个实施方案中，折叠包装时层状涂覆层被设计留在纤维基层3的里侧。在图11的结构中，COC层10随后防止EVOH氧阻挡层5遭受包装外的潮湿穿透。
在图12中，表示了一个包装板，其中纤维基层3的一侧配有共挤出的涂覆层组合，其以所述的顺序由LDPE层9、COC层10、粘合剂层11、EVOH层5、粘合剂层6、COC层7和LDPE层8组成。除了纤维基层3，层结构是对称的，在层的同时挤出中获得优点。而且，在这个结构中，COC层10、7从两个方向防止EVOH氧阻挡层5潮湿穿透。因为其强的卷曲趋势，使用HDPE将使这个结构不可使用。
在图10-12的实施方案中，EVOH氧阻挡层5能用聚酰胺层代替，或者EVOH层和聚酰胺层彼此紧靠着放置能起氧阻挡层的作用，如图7所示的结构中。
图13的实施方案在纤维基层3的一侧包含相应于图9的共挤出的COC和LDPE层7、8，在相反侧仅有LDPE层1。当折叠图13的包装板时，COC层7同在内侧一样也可以位于纤维基层4的外侧，依赖于任何时间的产品和纤维基层的保护需要。由于COC的无定形，材料无卷曲的趋势。
在图14中，看到本发明的纸板包装12的一个实例，它由折叠和热封图12的包装板制成的包装坯(packaging blank)形成。该纸板位于包装12里，使得纤维基层3外面的包装外表面配有层状COC和LDPE层2、1，使得包含EVOH层5的四层涂层5-8位于包装的纤维基层3的里侧。在包装12的接缝13处，使坯的边重叠，纸板的相反表面的LDPE层1、8相互紧密地被热封。
下面的实施例进一步公开了对本发明的新包装板进行的测试。在测试中使用的COC为TICONA GmbH上市的产品TOPAS 8007 D 50。
实施例1，纸板的热密封性能
通过制备相应图9的涂覆聚合物的纸板来测试COC对纸板和LDPE的粘附度和热封中的性能，其中形成纤维基层3的杯形板的重量为210g/m2，其上的涂覆层7、8两者的重量为10g/m2。在COC和LDPE层7、8相互粘附以及与纤维基层3粘附中不发生问题。而且，制备涂覆板用于热封测试，其中仅一个重量为18g/m2的LDPE层配置在同一杯形板基层上。在测试中，这两个涂覆板在不同的环境彼此被热封，LDPE层相互紧靠。测试结果列于下面的表1。
表1
不同温度下的粘合度(％)
接合时间(s)  200℃ 225℃ 250℃ 275℃
0.5  25％ 25-50％软 50％不紧密 25％
1.0  50％ 50-75％软 50-75％不紧密 25-50％
2.0  75％ 100％不紧密 75-100％不紧密 100％不紧密
根据该表，接合时间为0.5、1.0或2.0秒，接合温度为200、225、250或275℃。接合中使用的压力为0.8N/mm2。从结果看出，接合时间为0.5和1.0秒时，在所有测试的接合温度下接合是不充分的。但是，在2.0秒的接合时间时，在225和275℃温度下得到完全(100％)的接合。结果表示，通过增加接合时间可以得到紧密的防漏的热封接合。增加接合压力能较快地进行接合是显而易见的。
实施例2，纸板的卷曲
制备三个不同系列的包装板用于测试，其中重量为190g/m2的杯形板被挤出涂覆(1)一个重量为10和60g/m2之间变化的单一LDPE层；(2)COC层和外面的LDPE层，使COC层的重量在10和40g/m2之间变化，LDPE层在每种情况下的重量为20g/m2；和(3)由COC层、HDPE层和LDPE层组成的三层结构，其中COC层的重量在10和40g/m2之间变化，HDPE层的重量为10或15g/m2，LDPE层在每种情况下的重量为10g/m2。根据ISO11556标准从它们的相反侧面对盘形测试片测定卷曲。在附图15中可以看到结果。
当涂覆COC和LDPE层的纸板的卷曲和仅涂覆LDPE的纸板对比，可以看到和LDPE相比，COC不增加卷曲，但是当涂层聚合物的总量相同时能相当地减少卷曲。在涂层组合也包括HDPE层的情况下，纸板更加明显地卷曲。考虑材料的不卷曲，在测试的基础上COC作为水蒸气阻挡层聚合物代替HDPE的优点是明显的。
实施例3，水蒸气的渗透
在38℃的温度和90％的相对湿度下，对一系列含COC层的聚合物涂覆包装板测定水蒸气渗透(WVTR)。每种情况使用重量为190g/m2的杯形板作为纤维基层3，挤出的多层涂层在不同厚度的层中包括，除COC外，COC和LDPE的混合、高密度(HD)和中密度(MD)HDPE和LDPE。
研究的结构，其中数值为层重量(g/m2)，和测定的水蒸气渗透(g/m2/d)列于下面的表2。
为了参考，一些涂覆HDPE/LDPE的不含COC(基板190、250和270g/m2)的纸板的水蒸气渗透值，已包括在表中。
层结构                                     WVTR(g/m2/d)
纸板190+COC10+HDPE(HD)10+LDPE10                  6.59
纸板190+COC40+HDPE(HD)10+LDPE10                  2.79
纸板190+COC10+LDPE20                             8.37
纸板190+COC40+LDPE20                             3.03
纸板190+LDPE10+COC10+LDPE10                      6.70
纸板190+LDPE10+COC40+LDPE10                      3.21
纸板190+COC混合10+HDPE(MD)10+LDPE10              7.18
纸板190+COC混合40+HDPE(MD)10+LDPE10              2.21
参考材料：
纸板190+LDPE10+HDPE20+LDPE10                     5.8
纸板250+HDPE20+LDPE10                            7.8
纸板270+HDPE40+LDPE10                            4.6
从结果可以看出，COC的水蒸气阻挡层性能至少等于HDPE，它同样是可用的或与LDPE混合。
本发明的实施方案的可能性不局限于上面实施例表示的那些，但是它们可以在后附的专利权利要求范围内变化，这对于本领域的熟练人员是显而易见的。

Claims (26)

1.制备可热封的包装材料的方法，其中将层状聚合物涂覆层挤压到纤维基层(3)，所述的层包含外部的聚合物热封层(1、8)和至少一个水蒸气渗透低于所述热封层的内部聚合物阻挡层(2、7、10)，所述方法其特征在于，环烯烃共聚物(COC)合并在所述阻挡层(2、7、10)中使得挤出生产出在所述聚合物中不发生后结晶的无定形层。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述彼此紧靠放置的层状涂覆层通过共挤压一步制备到所述纤维基层(3)上。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述含COC的阻挡层(2、7)直接粘附到所述热封层(1、8)，在它们之间不用粘合剂。
4.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于，所述含COC的阻挡层(2)直接粘附到纤维基层(3)上，它们之间不用粘合剂。
5.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于，所述纤维基层(3)仅一侧涂覆聚合物。
6.根据权利要求1-4中任一项的方法，其特征在于，所述纤维基层(3)的两侧都配有热封层(1、8)和含COC的内部阻挡层(2、7)。
7.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于，所述阻挡层(2、7)在COC整体中形成。
8.根据权利要求1-6中任一项的方法，其特征在于，所述阻挡层(2、7)以COC和低密度聚乙烯(LDPE)的混合物形成。
9.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于，所述含COC的水蒸气阻挡层(2、7)的重量为5-50g/m2，优选7-30g/m2，最优选10-20g/m2。
10.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于，所述热封层(1、8)的材料为低密度聚乙烯(LDPE)。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于，所述LDPE热封层(1、8)的重量为5-50g/m2，优选5-30g/m2，最优选7-20g/m2。
12.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于，至少一层氧阻挡层(4、5)合并在所述聚合物涂层中。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于，所述纤维基层(3)的一侧配有含COC的水蒸气阻挡层(2)和外面的热封层(1)，相反侧配有氧阻挡层(4、5)和外面的热封层(8)。
14.根据权利要求13的方法，其特征在于，所述纤维基层(3)的一侧配有含COC的水蒸气阻挡层(2)和外面的热封层(1)，相反侧配有氧阻挡层(4、5)、含COC的水蒸气阻挡层(7)和最外面的热封层(8)。
15.根据权利要求12-14中任一项的方法，其特征在于，所述氧阻挡层(4、5)由乙基乙烯醇共聚物(EVOH)、聚酰胺(PA)或它们的混合物制成。
16.根据权利要求15的方法，其特征在于，所述氧阻挡层(4、5)的重量为3-15g/m2，优选5-10g/m2。
17.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于，包装板被制备，其中所述纤维基层(3)的重量为130-500g/m2，优选170-300g/m2。
18.根据权利要求1-16中任一项的方法，其特征在于，包装纸被制备，其中所述纤维基层(3)的重量为20-120g/m2，优选40-100g/m2。
19.涂覆聚合物的可热封的包装材料，其特征在于，采用前述权利要求任一项的方法通过将层状聚合物涂覆层挤压到纤维基层(3)来制备它，这些层包括外面的聚合物热封层(1、8)和至少一层含环烯烃共聚物(COC)的内部无定形阻挡层(2、7、10)，其水蒸气渗透性比所述热封层的低。
20.密封包装，其特征在于，它通过折叠和热封根据权利要求1-18中任一项制备的包装材料制成，使得所述包装(12)的外表面包括含COC的水蒸气阻挡层(2)和外面的热封层(1)。
21.根据权利要求20的包装，其特征在于，所述包装(12)的外和内表面都配有含COC的水蒸气阻挡层(2、7)和热封层(1、8)。
22.根据权利要求20或21的包装，其特征在于，所述包装(12)的外表面配有含COC的水蒸气阻挡层(2)和热封层(1)，所述包装的内表面配有氧阻挡层(5)和热封层(8)。
23.根据权利要求21和22的包装，其特征在于，所述包装(12)的外表面配有水蒸气阻挡层(2)和热封层(1)，所述包装的内表面配有氧阻挡层(5)、含COC的水蒸气阻挡层(7)和热封层(8)。
24.根据权利要求20-23之一的包装，其特征在于，它是涂覆聚合物的纸板制成的用于干食品的盒包装。
25.根据权利要求20-23之一的包装，其特征在于，它是涂覆聚合物的纸板制成的用于液体食品的纸箱包装。
26.根据权利要求20-23之一的包装，其特征在于，它是涂覆聚合物的纸制成的袋包装。
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