CN1524038A - 用于包装材料的低吸纳层压制品 - Google Patents

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Abstract

用于容器以包装食物的低吸纳层压材料(24)，包括纸或纸板的芯层(26)，置于芯层一侧的聚合涂层(30)，和设置于芯层另一侧的组合层(34)。组合层包括与芯层相邻的第一阻挡层(36)，与第一阻挡层相邻的第一连接层(38)，与第一连接层相邻的第二阻挡层(40)，与第二阻挡层相邻的第二连接层(42)和与第二连接层相邻的第二聚合涂层(44)。第二聚合涂层设置成食品接触表面。第一和第二阻挡层由芳香族聚酰胺树脂和聚酰胺6的混合物构成，第一和第二连接层由改性的聚乙烯和聚烯烃中的一种构成。还公开了一种由该低吸纳层压制品构成的纸箱。

Description

用于包装材料的低吸纳层压制品
发明背景
本发明涉及用于包装的低吸纳层压材料。更特别地，本发明涉及包括气味损失阻挡层和氧气阻挡层的用于包装的层压材料。
由层压材料构成的包装材料被广泛用于液体食品的贮存。通常，层压材料是在比较刚性但可折叠的芯层上使用一种或多种塑料的液密涂料而制成。普通的芯层是纸或纸板。这种材料提供良好的力学结构稳定性和相对低廉的价格并且通常是可回收的。液态的塑料涂料典型的是热塑性材料，例如聚乙烯，其具有良好的热密封性能和可加强包装材料的所有功能。
单独由纸或纸板和液密性热塑性材料构成的层压材料具有一种缺陷，即它们通常具有较高的透氧性。这对于食物来说是尤其有问题的，因为食物在接触到氧气后其保存期限、气味和/或营养含量急剧恶化。许多果汁在暴露在氧气中时，其维生素C的含量降低。
因此，已经开发了这样的包装材料，即芯层的一侧，也就是包装材料的内表面(直接面对贮存的产品)具有气密性材料的阻挡层。经验显示，材料，例如铝箔、EVOH(乙烯乙烯醇)和PVOH(聚乙烯醇)，可以提供优越的氧密封性能。
这些气体密封层每一种都提供超过已知的不含阻挡层的包装材料的益处和优点，它们各自都具有独自的或共同的缺陷。例如，虽然铝箔提供完全可接受的氧阻挡性能，但是含有铝箔的材料不能轻易的回收使用并且对环境影响很严重。因此，把许多基于铝箔的材料从一次性使用的食品包装材料中排除。
EVOH和PVOH对潮气非常敏感，并且当它们暴露在潮湿的环境中时，会迅速的丧失其抵抗氧气的阻气性能。因此，如果需要包装材料具有较长的保存期限，那么将这些材料单独用于食品包装是不可接受的。为了克服这些与湿气降解有关的问题，EVOH和PVOH阻挡材料可以使用附加的聚合物，例如聚乙烯，进一步的涂覆或分层。
或者，EVOH和PVOH可分别与一种或多种公知的食物许可的聚合物结合，以构成连续完好的整体层，其具有优越的气体阻挡性能和对潮湿环境的抵抗性能。这些材料，无论如何，产生了昂贵的包装，这是与材料的构造和生产方法有关的。此外，层的数量的增加，也导致了更加复杂的工业操作。
已经发现，包装材料易于从被包装的产品中“吸纳”气味。例如，已经观测到，低密度聚乙烯易于从被包装的产品中吸纳或吸引气味到聚乙烯层。对于果汁来说，例如橙汁或类似物，特别如此，对于那些不是由果汁浓缩物制成并加以封装的天然果汁是尤其有问题的。通常，这些非来自浓缩的果汁不含有加入到果汁中以补充天然气味的气味添加剂或增强剂。因此，包装材料的吸纳作用不能根据添加的这类气味增强剂来抵消。
为此，由于对于普通消费者来说，气味的吸纳或损失是察觉不到的，但是当将贮存于高吸纳材料的产品和贮存于低或不吸纳材料的容器中的相同产品相比较，气味的吸纳或损失还是可以容易分辩出的。
可以相信的是，吸纳作用是由存在于果汁中的极性分子和包装材料中的极性分子的相互作用而导致的。并且还观测到含有极性材料的包装材料的体积越大(例如密度或厚度)，果汁产品与材料之间的相互作用也越强。此外，问题还在于足够的数量或体积的聚合物材料必须存在于纸盒的内表面，以确保包装的液密性，并且在安装或构造容器时，要提供足够的材料以在纸盒的各种板之间形成密封物。
因此，其存在对可以提供高的氧气阻挡性能以防止被包装的产品氧化的层压包装材料的需要。理想地，即使处于潮湿的环境中时，此类层压材料还具有结构或机械稳定性，例如可以“在货架上”保持更长时间的包装材料。最理想地是，此类包装材料还具有低吸纳性能以减少被包装的产品中的气味的损失。
发明的简要描述
用于食品包装的低吸纳层压材料由纸或纸板的芯层，置于芯层一侧(例如外侧)的聚合涂层和新的内部组合层制成。内部层包括置于芯层相对一测并与之相邻的第一阻挡层，与第一阻挡层相邻的第一连接层，第一连接层相邻的第二阻挡层，与第二阻挡层相邻的第二连接层，和与第二连接层相邻的聚合涂层。内部的聚合涂层是和食品接触的表面。
第一和第二阻挡层由芳香族聚酰胺树脂和聚酰胺6的混合物构成，并且第一和第二连接层由改性的聚乙烯和聚烯烃中的一种构成。
优选地，第一阻挡层中芳香族聚酰胺树脂的浓度约为60％到约100％，以及PA-6的浓度约为0％到约40％。最优选地，芳香族聚酰胺树脂的浓度约为75％，以及PA-6的浓度约为25％。
在优选的层压制品中，第一和第二连接层由具有马来酸酐官能团的低密度聚乙烯构成。
第一和第二阻挡层厚度优选为大约4克每平方米到大约6克每平方米(gsm)。第一连接层厚度优选为大约13gsm到大约17gsm，第二连接层厚度优选为大约3gsm到大约5gsm和内部聚合涂层厚度优选为大约6gsm到大约8gsm。
内部和外部聚合材料是非极性的聚合材料。优选的材料是低密度聚乙烯。其它可接受的聚合材料是线性低密度聚乙烯和改性的线性低密度聚乙烯以及它们的混合物。
用于食品贮存的纸盒包括直立侧壁、密封的底壁和密封的顶壁。纸盒具有与食品相接触的内部区域。
纸盒由低吸纳的层压材料构成。该材料包括纸或纸板的芯层、置于芯层一侧的第一聚合涂层，置于芯层另一侧并与之相邻的第一阻挡层，与第一阻挡层相邻的第一连接层，与第一连接层相邻的第二阻挡层；与第二阻挡层相邻的第二连接层，和与第二连接层相邻的第二聚合涂层。
构造聚合涂层使之与食品相接触。第一和第二阻挡层由芳香族聚酰胺树脂和聚酰胺6的混合物构成，其中第一和第二连接层由改性的聚乙烯和聚烯烃中的一种构成。
本申请的这些或其它的特征和优点通过下面的详细描述以及所附的权利要求，将变得明白。
附图的几个视图的简要描述
通过下面的详细描述和相应附图的评述后，本发明的益处和优点可以更加容易的展现到相关领域的普通技术人员的面前，其中：
附图1是一幅典型的山形盖顶纸盒透视图，其是由体现本发明思想将层压材料所成形而得到的，并且纸盒上画有一个安装于其上的喷口类型的封闭装置；和
附图2是一幅体现本发明的思想的实施方案中的低吸纳层压材料的截面图。
发明的详细描述
虽然本发明容许各种形式的实施方案，但是本发明附图中所示的以及下文中描述的是优选的实施方案，显而易见，这些公开的内容是作为对发明示例性的描述，不能试图将本发明限制于所描述的特定实施方案。应该进一步理解，说明书这一章节的标题，也就是，“发明的详细描述”，与美国专利局的要求有关，并且不暗示，也不应当推断出限制本文中所公开的主题。
现在参阅附图，尤其是参阅附图1，其表示由体现本发明的思想的材料制得的纸盒10。所述的纸盒10是标准的山形盖顶纸盒。纸盒10包括四个直立侧壁(两个侧壁如12，14所示)，一个密封的底盘9(如16中的阴影所示)和一个容易辨认的山形盖顶18。在对本发明的内容进行研究后，本领域熟练技术人员可以理解到，本发明的低吸纳层压材料可以用于制造任何类型的纸盒，并不仅限于用于制造山形盖顶纸盒。纸盒10限定的内部区域，通常记作22，在其中可以贮存产品。
纸盒10示出有封闭装置22，例如本领域熟练技术人员知道的喷口型封闭装置。斜槽型闭合体22可以广泛应用于各种产品。喷口型封闭装置22提供极佳的可重复密闭性，当保持纸盒关闭时可防止氧气进入纸盒10。
纸盒10由层压材料构成，例如在附图2中所示，通常记作24。层压材料24包括纸或纸板材料的基础层或芯层26。纸或纸板材料和它们的加工方法和用途是本领域熟练技术人员知道的。
从芯层26到通常记作28的纸盒的外部，材料24包括抗潮气的聚合材料30的层，其置于芯层26的外表面32上。材料30是非极性的聚合材料。目前，一种广泛使用的材料是低-密度的聚乙烯(LDPE)。使用LDPE是因为它的高的潮气阻挡性能、相对低廉的价格和容易使用。LDPE也被批准用于食品包装材料的食品接触和非食品接触表面。其它可接受的材料是线性低密度聚乙烯(LLDPE)和改性的线性低密度聚乙烯(m-LLDPE)，以及这些材料的混合物。
在附图2中阐述的实施方案中，内部的食品接触层，通常记作34，是新的五层复合体。该五层复合体34包括由通过在间二甲苯二胺与脂肪酸之间通过缩聚反应产生的芳香族聚酰胺树脂和聚酰胺6(PA-6)形成的混合物的第一阻挡层36。
与第一阻挡层36相邻，第一连接层38完全覆盖于第一阻挡层36上。连接层38由改进的聚乙烯/或聚烯烃材料构成。本发明的连接层38由具有马来酸酐官能团的低密度聚乙烯构成。
与第一连接层38相邻的是第二阻挡层40。优选地，第二阻挡层40是由与第一阻挡层36相同比例(将在下面讨论)的同样材料构成。第二连接层42置于第二阻挡层40之上。
最后，内部层44置于第二连接层42之上。在本实施方案案中，最内部的涂层44的材料类似于外部的聚合涂层30的材料。这样的一种材料是低密度的聚乙烯。其它材料包括线性低密度聚乙烯和改性的线性低密度聚乙烯，以及这些材料的混合物。虽然可以知道这些材料在食品接触层中是“吸纳“材料，在本实施方案案中，内部层44非常的薄(在下面讨论)以至于只能观测到最低程度的吸纳。连接层38、42提高了阻挡层36、40之间和阻挡层40与内部层44之间的粘性。此外，将在下面讨论的，第一连接层38为纸盒10的密封的机械完整性提供“体积”。
在本实施方案案中，第一和第二阻挡层36、40由芳香族聚酰胺树脂和PA-6的混合物构成。在一种优选的混合物中，混合物中芳香族聚酰胺树脂的浓度约为60％到约100％，以及混合物中PA-6的浓度约为0％到40％。最优选地，混合物中芳香族聚酰胺树脂的浓度约为75％，以及混合物中PA-6的浓度约为0％到25％。在一种最优选的层压材料中，第一和第二阻挡层36、40是由相同的材料构成的。已经发现，阻挡层36、40的材料显示出不寻常的低吸纳性能。
连接层38、42是位于第一和第二阻挡层36、40之间和第二阻挡层40和内部LDPE层44之间的层，是如上描述的由改进的聚乙烯或聚烯烃材料构成的。最优选地，连接层38、42由具有马来酸酐官能团的低密度聚乙烯构成。而且在大多数的优选的层压制品中，第一和第二连接层38、42是由相同的材料构成的。
每一种上述的层30、36、38、40、42、44是以特定的厚度规定的，其相当于每单位面积层压制品上的材料的重量。本领域的技术人员将会认同的，材料的厚度是以克每平方米的单位(gsm)规定的，这是相关领域中通常可以接受的度量单位。
本发明层压制品的5层结构34包括重量为5gsm(±1gsm)的第一阻挡层36。第二阻挡层40的材料与第一阻挡层36相同并且与第一阻挡层的重量基本上相同。
第一连接层38，也就是在第一和第二阻挡层36、40之间的连接层，其重量是15gsm(±1gsm)。与阻挡层36、40不同，连接层38、42的重量基本上不同。在本实施方案案中，尽管第一连接层38的重量约为15gsm(±1gsm)，但是第二连接层42的重量约为4gsm(±1gsm)。内部层44的重量是7gsm。
本领域熟练技术人员知道，在传统的液体食品包装的应用中，内部低密度聚乙烯阻挡层的重量通常是30gsm到50gsm。然而，已经发现这些材料，虽然不透液体，但是其不能提供阻挡可接受的氧气的性能。此外，已经发现，LDPE、LLDPE、m-LLDPE和上述物质的混合物大大有助于被包装产品气味的吸纳作用。
为此，在本发明的层压材料24中，使在保持包装所必须的机械性能的同时，内部层44尽可能的薄(例如，轻重量)是可能实现的。也就是说，内部层44重量仅为传统的山形盖顶包装的大约15％到25％之间时，其具有给全部的包装提供必需的液体的不渗透性能和物理的完整性的充足的重量。第二连接层42，其直接与内部层44相邻，也保持相对较低的重量。已经发现连接层42的材料与内部层44的材料相似，而且吸纳作用实质上是由连接层42提供的。因此，第二连接层42的重量维持在大约4gsm。仍然，该连接层42在第二阻挡层40和内部层44之间提供足够的粘性，使得纸盒10仍然保持总的机械性能和完整性。
当前的层压制品结构24使用实质上更重(例如，更厚)的第一连接层38(其是在第一和第二阻挡层36、40之间的连接层)以给整体包装10提供额外的机械完整性。在当前的结构中，第一连接层38重量大约为15gsm，几乎是第二连接层42的四倍。由于第一连接层38置于第一和第二阻挡层36和40之间，通过插入第二阻挡层40，使得它的吸纳作用最小化或忽略。因此，第一连接层38的重量和它实质上更大的厚度对于产品的总体质量没有不利的影响，即不会反过来增加吸纳作用。
本领域熟练技术人员知道，关于第二连接层42和内部层44，它们总的重量大约是11gsm。相对于整个层压材料24来说，尽管仍然是比较重(例如，厚度)的部分，但比起传统使用的30到50gsm的内部层来说，重量已经显著减小了。因此，已经发现，即使这最初的两层42、44与食品材料接触，具有本发明层压制品24会使吸纳的程度大大的降低。
本发明人还发现，提供实质上更重的(例如更厚)第一连接层38(大约15gsm)对包装10的机械性能有好处。关于密封完整性，本领域熟练技术人员将知道，在转换和安装操作期间，在包装材料的板之间进行各种热密封。
在热密封期间，彼此邻接的层(即，内部层44和外部层30)，彼此之间容易融合以形成必需的液密的密封物。已经发现实质上更重的(例如，厚度)第一连接层38提供必需的“体积”以保持并且实际上，加强密封完整性尤其是在纸盒10的侧面的密封和在底部和顶部密封。本发明人还发现，上述的层的特定的结构和重量(例如，厚度)可以防止在密封的时候将材料烧穿。
在优选的包装10和制造它的材料中，芳香族聚酰胺树脂可以从MtsubishiGas And Chemical America，Inc.Of New York，纽约买到，商品名为MXD-6TM。PA-6材料可以从Ube Industries买到，商品名为1022C2。优选的连接层38、42的材料，即，具有马来酸酐官能团的低密度聚乙烯可以从E.I.du Pont de Nemoursand Company of Wilmingon，Delaware买到，商品名为BYNELTM，Grade 4288。
可以使用任何已知方法制备层压制品24。然而，采用共挤压方法是可取的，该方法将阻挡层(即，芳香族聚酰胺树脂和聚酰胺6的混合物)，连接层和聚合物(例如，LDPE)层共挤压到芯上。其它成本上有效的并且是经济的大规模制造这些材料的方法，是本领域熟练技术人员知道的。
根据本发明的层压制品24制得的包装10显示出极好的气味保持性能的层压制品24构成。在4℃下，在整个计划的产品保存期限10星期内，包装10对d-苧烯显示出85％的保持力。D-苧烯是气味的“载体”，其是(桔子)果皮油中和(桔子)香精油中的主要化合物，并且已经发现是橙汁中的有代表性的气味成份。
已经发现，由层压制品24构成的包装10可以提供优越的维生素保持力。特别地，已经发现，使用包装10将初始浓度大约为490mg/l的维生素C保存10星期后，可以对维生素C提供2/3的保持力。
在本发明公开的内容中，“一个”同时包括单数或是复数。相反地，任何涉及到复数的项目在适合的地方，包括单数。
通过前述的问题，本申请的许多的修改和变化可以在不背离本申请的新的概念的实际的内容和范围下实现。应当理解，不应该试图或推断其仅限制于所例举的特定的实施方案。公开的内容是覆盖了所有落入从属权利要求范围内的改进方案。

Claims (14)

1.一种用于食品包装的低吸纳层压材料，包括：
由纸或纸板组成的芯层；
置于芯层一侧的聚合涂层；
置于芯层另一侧并与芯层相邻的第一阻挡层；
与第一阻挡层相邻的第一连接层；
与第一连接层相邻的第二阻挡层；
与第二阻挡层相邻的第二连接层；和
与第二连接层相邻的第二聚合涂层，将聚合涂层设置成为与食品接触的表面，
其中第一和第二阻挡层由芳香族聚酰胺树脂和聚酰胺6的混合物构成，和第一和第二连接层由改性的聚乙烯和聚烯烃中的一种构成。
2.根据权利要求1的低吸纳层压材料，其中第一阻挡层中芳香族聚酰胺树脂的浓度约为60％到约100％，以及PA-6的浓度约为0％到约40％。
3.根据权利要求2的低吸纳层压材料，其中芳香族聚酰胺树脂的浓度约为75％和PA-6的浓度约为25％。
4.根据权利要求1的低吸纳层压材料，其中第一和第二连接层由具有马来酸酐的官能团的低密度聚乙烯构成。
5.根据权利要求1的低吸纳层压材料，其中第一和第二阻挡层的厚度为大约4克每平方米到大约6克每平方米，第一连接层厚度为大约13克每平方米到大约17克每平方米，第二连接层厚度为大约3克每平方米到大约5克每平方米和内部聚合涂层厚度为大约6克每平方米到大约8克每平方米。
6.根据权利要求1的低吸纳层压材料，其中内部聚合材料是低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、改性的线性低密度聚乙烯中的一种或它们的混合物。
7.根据权利要求1的低吸纳层压材料，其中外部的聚合材料是一种低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、改性的线性低密度聚乙烯或它们的混合物。
8.用于食品包装的纸盒，包括：
直立的侧壁；
密封的底壁；和
密封的顶壁，
具有与食品接触的内部区域的纸盒，纸盒由低吸纳层压材料构成，低吸纳层压材料包括纸或纸板的芯层，置于芯层一侧的第一聚合涂层，与芯层另一侧相邻的第一阻挡层，与第一阻挡层相邻的第一连接层，与第一连接层相邻的第二阻挡层；与第二阻挡层相邻的第二连接层，和与第二连接层相邻的第二聚合涂层，第二聚合涂层设置成与食品相接触，其中第一和第二阻挡层由芳香族聚酰胺树脂和聚酰胺6的混合物构成，和第一和第二连接层由改性的聚乙烯和聚烯烃中的一种构成。
9.根据权利要求8的纸盒，其中第一阻挡层中芳香族聚酰胺树脂的浓度约为60％到约100％，以及PA-6的浓度约为0％到约40％。
10.根据权利要求9的纸盒，其中芳香族聚酰胺树脂的浓度约为75％以及PA-6的浓度约为25％。
11.根据权利要求8的纸盒，其中第一和第二连接层由具有马来酸酐的官能团的低密度聚乙烯构成。
12.根据权利要求8的纸盒，其中第一和第二阻挡层厚度为大约4克每平方米到大约6克每平方米，第一连接层厚度为大约13克每平方米到大约17克每平方米，第二连接层厚度为大约3克每平方米到大约5克每平方米和内部聚合涂层的厚度为大约6克每平方米到大约8克每平方米。
13.根据权利要求8的纸盒，其中内部聚合涂料是低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、改性的线性低密度聚乙烯中的一种或它们的混合物。
14.根据权利要求8的纸盒，其中外部的聚合材料是低密度聚乙烯、线性密度聚乙烯、改性的线性低密度聚乙烯中的一种或它们的混合物。
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