本发明人已经惊奇地发现适用于包装新鲜产品例如水果、蔬菜、乳制品、海产品和肉的特定聚烯烃膜,其能够完全代替目前使用的包装材料。因此,所述膜能够代替具有膜衬里的容器或PA/PET/EVOH膜,得到容易运输和储存的柔韧密封包装。而且,本发明的膜适合冷冻、微波烹调和煮沸。
本发明的膜优选是包括聚乙烯和聚丙烯层的多层膜。US 4460631描述了例如由全同立构聚丙烯和聚乙烯均聚物或乙烯与丙烯的共聚物形成的可密封的双轴拉伸膜,该膜具有高的耐划伤性。这种膜可用于包装干燥食品例如面食制品和大米。但是,以前从未曾提出在包装新鲜产品特别是含有水分或其他污染性液体的产品(例如诸如蔬菜、肉或海产品的食品)时使用本发明的膜。
因此,从一方面看,本发明提供了含有聚丙烯聚合物和聚乙烯聚合物的聚烯烃膜,例如多层膜,用于包装新鲜产品例如肉或海产品的用途。
优选地,本发明提供具有至少第一层和密封层的聚烯烃多层膜(例如双层膜或三层膜)用于包装新鲜产品例如肉或海产品的用途,所述第一层包含聚丙烯聚合物,优选丙烯与C2-10-α烯烃的共聚物,所述密封层包含聚乙烯聚合物。
术语“新鲜产品”试图基本上涵盖具有相对高的液体含量(例如水含量、血液含量或油/脂肪含量)水平的固体新鲜食品,其触感是湿的或者在小的压力下或者在切割或刺破时产生液体。因此,术语“新鲜产品”涵盖水果和蔬菜以及肉、海产品和特定的乳制品例如干酪。
水果和蔬菜的触感是潮湿的,例如黑莓,或者在挤压时产生水分。在加压时干酪会产生油和脂肪。由于血液、脂肪和水含量,肉和海产品本身就是湿的。
使用本发明的膜包装的优选蔬菜是马铃薯、莴苣(包括通常的绿色色拉)、胡萝卜、芜菁甘蓝等。在一个特定的优选实施方案中,在食用之前烹煮蔬菜,包装形成可煮袋包装产品(boil-in-bag product)。如果需要,可以在包装和预先烹调之前削去蔬菜的皮。
这里使用的术语“肉”是指鸡肉、鸭肉、猪肉、牛肉、兔肉、羔羊肉/羊肉、鹿肉等以及其他可食用动物。这里使用的术语“海产品”涵盖所有可食用的水产品,例如鱼、贝类(对虾、小龙虾、小虾等)、螃蟹、龙虾、鱿鱼、扇贝等。
优选使用本发明的膜包装海产品。但是,最优选地,本发明涉及包装海水或淡水鱼,例如鳕鱼、黑线鳕、牙鳕(whiting)、大马哈鱼、鲟鱼(trout)、鲽鱼、大菱鲆(turbot)、鲈鱼、金枪鱼、剑鱼、鲭鱼、狗鳕、鳗鲤、甲鱼、鳐鱼、鲱鱼、鲇鱼(catfish)、角鲨、旗鱼等。所述膜还可以用于包装鱼饼或其他预制海产品。
术语“新鲜产品”并不意图涵盖触感是干的或者通常具有低的水含量的食品,例如面食制品、大米和面包。这些食品在小的压力(例如食品在购物篮中或在常规包装操作期间所受到的压力)下不排出液体。
新鲜产品优选被认为是固体,即,本发明的膜并不试图用于液体产品例如奶油。而且,新鲜产品应当优选不易熔化,即膜并不试图用于包装黄油或巧克力。
在最广义的实施方案中,本发明的膜可以包括由聚乙烯和聚丙烯聚合物的简单共混物形成的单层膜。结合多层膜对所述膜的优选性质进行更详细地描述,但是多层膜构成本发明的优选方面。用在单层膜中的优选聚乙烯和聚丙烯聚合物是优选用在多层膜的每一层中的聚合物,例如下面所述的聚丙烯共聚物或者LLDPE(线性低密度聚乙烯)等。
在本发明的更优选实施方案中,多层膜用于包装新鲜产品,所述多层膜可以包括至少第一层和密封层。
密封层必须位于多层膜外表面,以便可以对其进行加热,从而形成围绕被包装产品的封口。本发明的膜表现出特别有益的密封性能,因为在进行密封时存在的任何水性污染物都会在进行密封工艺时蒸发。当在密封前将产品例如鱼转移到膜上时,密封区域不可避免地会被来自鱼的水、血液、油等污染,这会不利地影响密封步骤。由于本发明的膜可以在相对高的温度(例如大于130℃)下密封,因此在密封过程中水等蒸发,实现更为有效的密封。在这些温度下密封同时在100%聚烯烃膜(例如本发明的膜)中保持膜的完整性的的能力是新的,这形成本发明的重要方面。聚乙烯聚合物和聚丙烯聚合物在单层膜或多层膜中的组合提供了这些优点。
所述密封层包含聚乙烯聚合物。聚乙烯聚合物是指其中至少70%,优选至少80%,特别是至少90%重量的聚合物是由乙烯单体单元组成的聚合物。在一个实施方案中,聚乙烯聚合物可以是均聚物,即,基本上所有例如至少99.5%重量的单体单元来自乙烯,例如低密度聚乙烯(LDPE)。合适的LDPE具有以下性能:
密度:910-930kg/m3(ISO 1183)
MFR2:0.1-10g/10min(ISO 1133)
熔融温度:100-130℃(ISO 11357/03)。
但是,在优选实施方案中,密封层包含乙烯与C3-10-α-烯烃的共聚物或三聚物。合适的共聚单体是丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯和1-辛烯,其中丁烯、己烯和辛烯是优选的。而且,共聚物优选是LLDPE。可以通过Ziegler-Natta或金属茂催化来制备MWD(Mw/Mn)为2-20且MFR2为0.1-10g/10min的合适的LLDPE。当包装操作涉及深度拉伸和低温时,具有双峰型分子量分布的LLDPE聚合物是非常合适的。
聚乙烯共聚物中的共聚单体的存在量可以为0.1%-15重量%,优选为5%-10重量%。
优选使用普通的Ziegler-Natta催化剂或单中心催化剂生产用在密封层中的LLDPE,且具有以下性能,所述催化剂是本领域已知的:
密度:910-930kg/m3(ISO 1183)
MFR2:0.1-10g/10min(ISO 1133)
熔融温度:100-130℃(ISO 11357/03)。
各种市售聚合物都可以用作本发明的密封层中的LDPE或LLDPE。可能的聚合物包括Borstar FB2230、FB2310、FA5224、FG5190(Borealis)、ELITE5400G(Dow)和Dowlex 2045E(Dow)。
在更优选的实施方案中,密封层可以是聚乙烯聚合物的混合物,例如两种聚合物或三种聚合物的混合物。例如,密封层可以由LDPE和LLDPE的混合物形成,或者由LLDPE和LDPE的组合形成。
特别适用的密封层由上述LLDPE聚合物(例如Borstar FB2230和Elite5400G)的混合物形成。优选其中一种LLDPE是单中心催化剂产生的LLDPE(mLLDPE),因为其具有高的密封强度和热粘着性能。第二种LLDPE可以是Ziegler Natta LLDPE,其有助于最小化膜的成本。优选的mLLDPE使用1-己烯或1-辛烯作为共聚单体,而优选的Ziegler-Natta LLDPE使用丁烯或己烯作为共聚单体。
当在密封层中使用两种LLDPE或LDPE聚合物时,每种聚合物可形成密封层的至多99重量%。但是,优选每种LLDPE应该形成密封层的至多80重量%。然而,可能的话,普通技术人员可以最大化Ziegler-Natta LLPDE的存在量,以最小化成本,Ziegler-Natta LLPDE优选形成密封层的本体(bulk)。因此,Ziegler LLDPE与mLLDPE的比率可以为2∶1-5∶1,例如,Ziegler-Natta LLDPE形成密封层的至少75wt%。
进一步优选的替代性实施方案涉及两种或三种聚合物的密封层,其包含一种或两种聚乙烯聚合物和乙烯与极性共聚单体(例如乙酸酯或丙烯酸酯)的共聚物(此后称作极性共聚物)。优选丙烯酸酯共聚单体,其中特别优选丙烯酸丁酯,特别是丙烯酸甲酯。
认为极性共聚物有助于多层膜的各层之间的粘结。极性共聚物应当优选包含1%-40重量%的共聚单体,例如5-35%,更优选10-25重量%。
当使用聚乙烯聚合物和极性共聚物的混合物作为密封层时,极性共聚物应当形成密封层的5-25重量%,优选10-20重量%。因此,在该实施方案中,LLDPE聚合物(或多种LLDPE聚合物)应当形成密封层的75-95重量%,例如,80-90%。密封层可以基本上由LLDPE和极性共聚物(即,额外仅包括标准添加剂/防腐剂等)组成。
第一层应当包含聚丙烯聚合物,优选丙烯与C2-10-α-烯烃共聚单体(例如,乙烯、丁烯或己烯,特别是乙烯)的共聚物。聚丙烯聚合物是指其中至少70%,优选至少80重量%的聚合物包含丙烯单体单元的聚合物。在一个实施方案中,聚丙烯聚合物可以是均聚物,即,其中基本上所有例如至少99.5重量%的单体单元来自丙烯,但是丙烯共聚物是优选的,因为其具有优异的低温韧性。
但是,共聚单体的存在量可以在1-30%,优选5-10重量%的合适范围内变化。
用在第一层中的优选聚丙烯聚合物是多相嵌段共聚物或无规共聚物。多相嵌段共聚物提供最好的低温韧性,因此最适合于冷冻包装。无规共聚物为膜提供改善的透明性。合适的聚合物具有以下性能且可以通过Ziegler-Natta或单中心催化,经常在使用常规技术的两阶段聚合中进行制备:
密度:890-920kg/m3(ISO 1183)
MFR2:0.05-2g/10min(ISO 1133)
熔融温度:140-180℃(ISO 3146)。
市售的共聚物包括BHC5012(Borealis)、BA110CF、RB707CF和RB501BF(Borealis)。
第一层还可以包含聚合物的混合物,只要其中一种是聚丙烯聚合物即可。优选的额外聚合物包括LDPE或LLDPE聚合物,例如上述在密封层部分所述的聚合物。这里优选mLLDPE。
当存在这种混合物时,优选聚丙烯共聚物形成第一层的75-95重量%。LLDPE或LDPE聚合物可以形成第一层的5-25%,例如8-18重量%。
虽然在本发明中,用于包装新鲜产品的聚合物膜应该包括密封层和第一层(即,至少是双层膜)时,所述膜还可以包括其它层。例如,优选的膜包括三层:密封层、第一层和另一密封层,例如所述各层的排列使得两个密封层将第一层夹在中间。第二密封层可以与第一密封层不同或相同,可以具有上述在主要密封层部分所述的结构。但是,方便地,两个密封层是相同的。认为第一层被夹在两个密封层中间的三层膜的卷曲程度小于只具有第一层和密封层的两层膜。
至少一个密封层必须总是位于最外面,以实现密封。
本发明的密封层与第一层的组合导致膜表现出高温耐热性,因此在热封期间表现出完整性,以及,具有有利的密封温度,即足以允许水分等从膜的密封区域蒸发,以及具有有利的热封范围。因此,由于膜在高温下的完整性,可以在高温下安全地热封膜。
本发明的膜应当优选具有至少25℃的热封范围,特别是至少30℃,最优选至少40℃(按照实施例所述进行测量)。
而且,本发明的膜优选可在高于180℃的温度下热封。
所述膜还表现出高的机械强度,特别是在低温(例如,-40℃)下。因此,本发明的膜表现出非常高的突起物穿孔试验(protrusion puncture probetest)(ASTM D5748)结果,特别是在宽的温度范围内。因此,对于130μm的膜,最大力优选大于170N,更优选大于200N。
可以使用常规的共挤出法和吹膜技术或通过层压制造本发明的膜。因此,如本领域所公知的,可以经由合适的模口共挤出各层。或者,可以例如使用聚氨酯粘合剂层压各层,但是使用聚氨酯粘合剂不是优选的,因为共挤出是更为简单的技术。
用在多层膜中的聚合物可以购自聚合物供应商或者使用常规聚合技术制造。因此,使用单中心催化剂生产的聚合物使用本领域熟知的工序。Exxon、Hoechst、Phillips、Dow、Chisso、Mitsui、Fina、BASF、Mitsubishi、Mobil、BASF、Montell、DSM和Borealis公开的专利申请,例如WO96/23010、WO98/49208、WO99/12981、WO99/19335、WO97/28170、EP-A-423101、EP-A-537130都描述了这些催化剂的用途。
或者,例如在Borealis′Borstar聚合技术或已知的高压自由基聚合技术中使用Ziegler-Natta催化剂制备聚合物。
多层膜的厚度应当为约50-500微米,例如80-250微米。通常,聚丙烯层的厚度约为密封层(或多层)厚度的两倍。
本发明的膜特别适用于包装衬里,其中包装之后立即冷冻产品。本发明对于包装为工业和消费者消耗而冷冻的肉和鱼是最重要的。
实际的包装方法可以是形成、填充和密封(FFS)方法、深度拉伸或盘式加盖法(tray lidding process)。FFS和深度拉伸法是优选的,特别是深度拉伸法。
FFS涉及包装机器,其使用可热封的柔韧塑料包装膜形成包装,然后进行填充、热封和切断。存在两种基本类型的包装机器,卧式和立式。卧式机器形成包装,填充食品并密封,且所有都按照操作顺序,同时在水平方面上运输膜。它们广泛用于包装固体食品。立式机器形成管、填充并密封,且所有都按照操作顺序,同时在垂直方面上向下运输膜。它们广泛用于包装处于液体、粉末、浆状或颗粒状态的食品。
因此,从一方面看,本发明提供用于包装新鲜产品的方法,其包括使用上述限定的包含聚丙烯聚合物和聚乙烯聚合物的膜形成开放的包装(openpackage),在所述包装中填充所述新鲜产品,以及热封该包装。
在深度拉伸方法中,本发明的膜被深度拉伸成合适的容器,其中放置新鲜产品。可以使用本发明的另一膜并且需要通过密封实现容器的密封。最令人吃惊的是,本发明的膜适用于深度拉伸方法。
从另一方面看,本发明提供用于包装新鲜产品的方法,其包括:
(I)深度拉伸上述限定的包含聚丙烯聚合物和聚乙烯聚合物的聚烯烃膜,以形成容器;
(II)将所述新鲜产品放入所述容器中;以及
(III)使用上述限定的包含聚丙烯聚合物和聚乙烯聚合物的第二聚烯烃膜热封所述容器。
在盘式加盖方法中,可以使用本发明的膜密封由常规材料制成的预成型盘。
令人吃惊地,在FFS方法中,设想可以使用全部由mLLDPE形成的密封层。
根据本发明,用在包装新鲜产品中的特定膜本身是新的,且构成本发明的另一个方面。因此,从另一个方面看,本发明提供具有第一层和密封层的多层膜,所述第一层包含丙烯与C2-10-α-烯烃共聚单体的多相聚丙烯共聚物,且所述密封层包含LLDPE和乙烯-丙烯酸酯共聚物,例如,EMA聚合物。
从再一个方面看,本发明提供用于生产上述多层膜的方法,其包括共挤出第一层和密封层,其中所述第一层包含丙烯与C2-10-α-烯烃共聚单体的多相聚丙烯共聚物,且所述密封层包含LLDPE和乙烯丙烯酸酯共聚物;以及将挤出物吹塑成膜。
用于制备膜的原料还可以含有标准添加剂例如抗氧化剂、防粘连剂、抗静电剂、滑爽剂、颜料、染料等。用在本发明中的多种市售聚合物等级已经含有一种或多种上述添加剂。
下面参考非限制性实施例描述本发明。
实验:
使用以下设备制备膜:
挤出机:Windmller&Hlscher,具有IBC(内部膜泡冷却)的共挤出吹塑膜生成线。
三层,A/B/C,防护螺杆(barrier screw)
典型厚度分布:25%/50%/25%
模口间隙:1.2mm
模口Φ:200mm
膜的吹胀比:3∶1
挤出机的温度设定:180℃-240℃
常用包装规程
在市售包装机器(2000/2001年的Repak RE 3型)上试验下述实施例中的膜1-4。加热厚度为220μm的第一张膜,并且深度拉伸以形成盘,填充新鲜鲱鱼,在顶部密封120μm厚的第二张膜,形成盖子。
对比例1
使用以下材料制备具有三层的共挤出膜:
密封层:100%PE-LLDPE-Borstar FB2230
第一层:100%PE-LLDPE-Borstar FB2230
外层:100%PE-LLDPE-Borstar FB2230
在用于PE的正常密封温度设置(145-155℃)下,由于污染物的存在,封口(seal)发生分层。当将密封温度升高至160℃时,在封口旁边出现孔,导致包装失败。
对比例2
使用以下材料制备具有三层的共挤出膜:
密封层:100%PE-LLDPE-Borstar FB2230
第一层:100%PE-HDPE-Borstar FB1460
外层:100%PE-LLDPE-Borstar FB2230
在用于PE的正常密封温度设置(145-155℃)下,由于污染物的存在,封口发生分层。当将密封温度升高至160℃时,在封口旁边出现孔,导致包装失败。尽管在第一层中使用了具有高熔点的HDPE提供了更好的耐热性。
实施例3
使用以下材料制备具有三层的共挤出膜:
密封层:PE-LLDPE-Borstar FB2230(70%)+
PE LLDPE-mLLDPE-Dow Elite 5400(15%)+
与丙烯酸甲酯的PE共聚物-DuPont Elvaloy 1224AC(15%)
第一层:PP多相共聚物-Borealis BHC 5012(85%)+
PE LLDPE-mLLDPE-Dow Elite 5400(15%)
第二密封层:PE-LLDPE-Borstar FB2230(70%)+
PE LLDPE-mLLDPE-Dow Elite 5400(15%)+
与丙烯酸甲酯的PE共聚物-DuPont Elvaloy 1224AC
(15%)
在用于PE的正常密封温度设置(145-155℃)下,由于污染物的存在,封口发生分层。当密封温度升高至160-165℃时,可以实现理想/坚固的封口,且在封口旁边不发生分层或不出现孔。
实施例4
使用以下材料制备具有两层的共挤出膜:
密封层:PE-LLDPE-Borstar FB2230(70%)+
PE LLDPE-mLLDPE-Dow Elite 5400(15%)+
与丙烯酸甲酯的PE共聚物-DuPont Elvaloy 1224AC(15%)
第一层:PP多相共聚物-Borealis BHC 5012(85%)+
PE LLDPE-mLLDPE-Dow Elite 5400(15%)
在用于PE的正常密封温度设置(145-155℃)下,由于污染物的存在,封口发生分层。当密封温度升高至160-165℃时,可以实现理想/坚固的封口,且在封口旁边不发生分层或不出现孔。
实施例5
根据ASTM D5748,通过伸出钻孔试验,在+23℃和-40℃下分析膜的机械性能,从而显示本发明的膜在宽的温度范围内的优异机械性能以及它们用于包装待冷冻产品的适宜性。将实施例1和3的膜与下面的膜以及实施例6的膜进行比较。所有膜具有130微米的总膜厚。结果如表1所示。
实施例5的膜
密封层:100%PE-LLDPE-Borstar FB2310
第一层:100%PE-LLDPE-Borstar FB2310
外层:100%PE-LLDPE-Borstar FB2310
实施例6
Nordform 213,来自Nordpak OY,Finland,市售多层层压体,由几层聚乙烯和聚酰胺和共同用于食品包装的粘结剂聚合物的相邻层组成。
表1-ASTM D5748结果
膜序号 |
实施例1 |
实施例3 |
实施例5 |
实施例6 |
温度(℃) |
23 |
23 |
23 |
23 |
最大力(N) |
120 |
220 |
132 |
164 |
最大力下的伸长量(mm) |
71 |
103 |
74 |
52 |
最大力下的吸收能量(Nmm) |
5346 |
13803 |
6211 |
4784 |
膜序号 |
实施例1 |
实施例3 |
实施例5 |
实施例6 |
温度(℃) |
-40 |
-40 |
-40 |
-40 |
最大力(N) |
184 |
202 |
158 |
179 |
最大力下的伸长量(mm) |
37 |
39 |
41 |
29 |
最大力下的吸收能量(Nmm) |
3915 |
4751 |
3834 |
2678 |
实施例7
使用Toyoseiko型HG-100,根据以下步骤分析膜的密封性能:
(I)在密封温度T(℃)、密封压力为2巴且密封时间为4秒的条件下相互密封两层膜。
(II)密封温度T(℃)以5℃的幅度在120-180℃之间变化,后者表示所用设备的最高温度。
(III)通过使用张力试验机从两层膜中的每一层拉起一端,测试封口的完整性。
(IV)由于缺乏合适的密封,封口在低温下会分层或开口。
(V)当封口不分层而是膜伸长且在无规位置断裂时,密封初始温度(T1)是最低温度。
(VI)当其中一层膜在封口边缘处断裂时,超过最大密封温度。记录下来的最大密封温度(T2)被定义为比该断裂温度低5℃。
(VII)将密封范围定义为SR=T2-T1。
比较总膜厚都是120微米的实施例1、2和3的膜,结果示于表2中。
表2
膜序号 |
实施例1 |
实施例2 |
实施例3 |
密封初始温度(℃)T1 |
145 |
145 |
140 |
最大密封温度(℃)T2 |
150 |
175 |
>180 |
密封范围T2-T1 |
5 |
30 |
>40 |
实施例8
在购自丹麦的SFK包装机上使用实施例3的膜包装莴苣,从而显示本发明的膜的适宜性。
加热厚度为220微米的第一膜并进行深度拉伸,以形成20cm深的盘,填充1片莴苣,在顶部密封70微米厚的第二膜,制成盖子。然后通过将膜切成25mm的条并在常规拉伸试验设备中负载100N的负荷,测试封口的完整性。
结果
可以对膜进行深度拉伸,而不产生薄位点或孔,在拉伸试验期间,封口不发生泄漏且不分层。
实施例9
在市售的Tiromat Powerpack 620,2001型包装机上,使用下面的膜包装在水中预烹煮的马铃薯,从而显示本发明的膜在包装操作和用于在沸水或者微波炉中再次加热仍然在包装袋中的马铃薯的适宜性。
密封层:PE-LLDPE-Borstar FB2230(85%)+
PE-LLDPE-mLLDPE-Dow Elite 5400(15%)
第一层:PP多相共聚物-Borealis BHC5012(85%)+
PE-LLDPE-mLLDPE-Dow Elite 5400(15%)
第二密封层:PE-LLDPE-Borstar FB2230(85%)+
PE-LLDPE-mLLDPE-Dow Elite 5400(15%)
加热厚度为170微米的第一膜并进行深度拉伸,以形成5cm深的盘,填充9块预烹煮的马铃薯,同时在真空下在顶部密封(130℃)100微米厚的第二膜,制成盖子。以下述方式加热该包装并进行测试:
A-在水中
将装有马铃薯的包装放入沸水中并保持10分钟。
包装没有形变或形状变化。
包装保持真空。
包装不能用手撕开。
马铃薯完全变热并且具有完全可以接受的味道和结构(texture)。
重复该步骤10次,得到相同的结果。
B-在微波炉中
在常规微波炉中,在350watt加热装有马铃薯的包装10分钟。
包装没有形变或形状变化。
包装保持真空。
包装不能用手撕开。
马铃薯完全变热并且具有完全可以接受的味道和结构。
重复该步骤10次,得到相同的结果。
可以对膜进行深度拉伸,而不产生薄位点或孔,在拉伸试验期间,封口不发生泄漏且不分层。加热不会破坏包装。