專利名稱：用于包裝材料的低吸納層壓制品的制作方法
背景技術：
本發(fā)明涉及用于包裝的低吸納層壓材料。更特別地，本發(fā)明涉及包括氣味損失阻擋層和氧氣阻擋層的用于包裝的層壓材料。
由層壓材料構成的包裝材料被廣泛用于液體食品的貯存。通常，層壓材料是在比較剛性但可折疊的芯層上使用一種或多種塑料的液密涂料而制成。普通的芯層是紙或紙板。這種材料提供良好的力學結構穩(wěn)定性和相對低廉的價格并且通常是可回收的。液態(tài)的塑料涂料典型的是熱塑性材料，例如聚乙烯，其具有良好的熱密封性能和可加強包裝材料的所有功能。
單獨由紙或紙板和液密性熱塑性材料構成的層壓材料具有一種缺陷，即它們通常具有較高的透氧性。這對于食物來說是尤其有問題的，因為食物在接觸到氧氣后其保存期限、氣味和/或營養(yǎng)含量急劇惡化。許多果汁在暴露在氧氣中時，其維生素C的含量降低。
因此，已經開發(fā)了這樣的包裝材料，即芯層的一側，也就是包裝材料的內表面(直接面對貯存的產品)具有氣密性材料的阻擋層。經驗顯示，材料，例如鋁箔、EVOH(乙烯乙烯醇)和PVOH(聚乙烯醇)，可以提供優(yōu)越的氧密封性能。
這些氣體密封層每一種都提供超過已知的不含阻擋層的包裝材料的益處和優(yōu)點，它們各自都具有獨自的或共同的缺陷。例如，雖然鋁箔提供完全可接受的氧阻擋性能，但是含有鋁箔的材料不能輕易的回收使用并且對環(huán)境影響很嚴重。因此，把許多基于鋁箔的材料從一次性使用的食品包裝材料中排除。
EVOH和PVOH對潮氣非常敏感，并且當它們暴露在潮濕的環(huán)境中時，會迅速的喪失其抵抗氧氣的阻氣性能。因此，如果需要包裝材料具有較長的保存期限，那么將這些材料單獨用于食品包裝是不可接受的。為了克服這些與濕氣降解有關的問題，EVOH和PVOH阻擋材料可以使用附加的聚合物，例如聚乙烯，進一步的涂覆或分層。
或者，EVOH和PVOH可分別與一種或多種公知的食物許可的聚合物結合，以構成連續(xù)完好的整體層，其具有優(yōu)越的氣體阻擋性能和對潮濕環(huán)境的抵抗性能。這些材料，無論如何，產生了昂貴的包裝，這是與材料的構造和生產方法有關的。此外，層的數(shù)量的增加，也導致了更加復雜的工業(yè)操作。
已經發(fā)現(xiàn)，包裝材料易于從被包裝的產品中“吸納”氣味。例如，已經觀測到，低密度聚乙烯易于從被包裝的產品中吸納或吸引氣味到聚乙烯層。對于果汁來說，例如橙汁或類似物，特別如此，對于那些不是由果汁濃縮物制成并加以封裝的天然果汁是尤其有問題的。通常，這些非來自濃縮的果汁不含有加入到果汁中以補充天然氣味的氣味添加劑或增強劑。因此，包裝材料的吸納作用不能根據(jù)添加的這類氣味增強劑來抵消。
為此，由于對于普通消費者來說，氣味的吸納或損失是察覺不到的，但是當將貯存于高吸納材料的產品和貯存于低或不吸納材料的容器中的相同產品相比較，氣味的吸納或損失還是可以容易分辯出的。
可以相信的是，吸納作用是由存在于果汁中的極性分子和包裝材料中的極性分子的相互作用而導致的。并且還觀測到含有極性材料的包裝材料的體積越大(例如密度或厚度)，果汁產品與材料之間的相互作用也越強。此外，問題還在于足夠的數(shù)量或體積的聚合物材料必須存在于紙盒的內表面，以確保包裝的液密性，并且在安裝或構造容器時，要提供足夠的材料以在紙盒的各種板之間形成密封物。
因此，其存在對可以提供高的氧氣阻擋性能以防止被包裝的產品氧化的層壓包裝材料的需要。理想地，即使處于潮濕的環(huán)境中時，此類層壓材料還具有結構或機械穩(wěn)定性，例如可以“在貨架上”保持更長時間的包裝材料。最理想地是，此類包裝材料還具有低吸納性能以減少被包裝的產品中的氣味的損失。
發(fā)明的簡要描述用于食品包裝的低吸納層壓材料由紙或紙板的芯層，置于芯層一側(例如外側)的聚合涂層和新的內部組合層制成。內部層包括置于芯層相對一測并與之相鄰的第一阻擋層，與第一阻擋層相鄰的第一連接層，第一連接層相鄰的第二阻擋層，與第二阻擋層相鄰的第二連接層，和與第二連接層相鄰的聚合涂層。內部的聚合涂層是和食品接觸的表面。
第一和第二阻擋層由芳香族聚酰胺樹脂和聚酰胺6的混合物構成，并且第一和第二連接層由改性的聚乙烯和聚烯烴中的一種構成。
優(yōu)選地，第一阻擋層中芳香族聚酰胺樹脂的濃度約為60％到約100％，以及PA-6的濃度約為0％到約40％。最優(yōu)選地，芳香族聚酰胺樹脂的濃度約為75％，以及PA-6的濃度約為25％。
在優(yōu)選的層壓制品中，第一和第二連接層由具有馬來酸酐官能團的低密度聚乙烯構成。
第一和第二阻擋層厚度優(yōu)選為大約4克每平方米到大約6克每平方米(gsm)。第一連接層厚度優(yōu)選為大約13gsm到大約17gsm，第二連接層厚度優(yōu)選為大約3gsm到大約5gsm和內部聚合涂層厚度優(yōu)選為大約6gsm到大約8gsm。
內部和外部聚合材料是非極性的聚合材料。優(yōu)選的材料是低密度聚乙烯。其它可接受的聚合材料是線性低密度聚乙烯和改性的線性低密度聚乙烯以及它們的混合物。
用于食品貯存的紙盒包括直立側壁、密封的底壁和密封的頂壁。紙盒具有與食品相接觸的內部區(qū)域。
紙盒由低吸納的層壓材料構成。該材料包括紙或紙板的芯層、置于芯層一側的第一聚合涂層，置于芯層另一側并與之相鄰的第一阻擋層，與第一阻擋層相鄰的第一連接層，與第一連接層相鄰的第二阻擋層；與第二阻擋層相鄰的第二連接層，和與第二連接層相鄰的第二聚合涂層。
構造聚合涂層使之與食品相接觸。第一和第二阻擋層由芳香族聚酰胺樹脂和聚酰胺6的混合物構成，其中第一和第二連接層由改性的聚乙烯和聚烯烴中的一種構成。
本申請的這些或其它的特征和優(yōu)點通過下面的詳細描述以及所附的權利要求，將變得明白。
附圖的幾個視圖的簡要描述通過下面的詳細描述和相應附圖的評述后，本發(fā)明的益處和優(yōu)點可以更加容易的展現(xiàn)到相關領域的普通技術人員的面前，其中附

圖1是一幅典型的山形蓋頂紙盒透視圖，其是由體現(xiàn)本發(fā)明思想將層壓材料所成形而得到的，并且紙盒上畫有一個安裝于其上的噴口類型的封閉裝置；和附圖2是一幅體現(xiàn)本發(fā)明的思想的實施方案中的低吸納層壓材料的截面圖。
發(fā)明的詳細描述雖然本發(fā)明容許各種形式的實施方案，但是本發(fā)明附圖中所示的以及下文中描述的是優(yōu)選的實施方案，顯而易見，這些公開的內容是作為對發(fā)明示例性的描述，不能試圖將本發(fā)明限制于所描述的特定實施方案。應該進一步理解，說明書這一章節(jié)的標題，也就是，“發(fā)明的詳細描述”，與美國專利局的要求有關，并且不暗示，也不應當推斷出限制本文中所公開的主題。
現(xiàn)在參閱附圖，尤其是參閱附圖1，其表示由體現(xiàn)本發(fā)明的思想的材料制得的紙盒10。所述的紙盒10是標準的山形蓋頂紙盒。紙盒10包括四個直立側壁(兩個側壁如12，14所示)，一個密封的底盤9(如16中的陰影所示)和一個容易辨認的山形蓋頂18。在對本發(fā)明的內容進行研究后，本領域熟練技術人員可以理解到，本發(fā)明的低吸納層壓材料可以用于制造任何類型的紙盒，并不僅限于用于制造山形蓋頂紙盒。紙盒10限定的內部區(qū)域，通常記作22，在其中可以貯存產品。
紙盒10示出有封閉裝置22，例如本領域熟練技術人員知道的噴口型封閉裝置。斜槽型閉合體22可以廣泛應用于各種產品。噴口型封閉裝置22提供極佳的可重復密閉性，當保持紙盒關閉時可防止氧氣進入紙盒10。
紙盒10由層壓材料構成，例如在附圖2中所示，通常記作24。層壓材料24包括紙或紙板材料的基礎層或芯層26。紙或紙板材料和它們的加工方法和用途是本領域熟練技術人員知道的。
從芯層26到通常記作28的紙盒的外部，材料24包括抗潮氣的聚合材料30的層，其置于芯層26的外表面32上。材料30是非極性的聚合材料。目前，一種廣泛使用的材料是低-密度的聚乙烯(LDPE)。使用LDPE是因為它的高的潮氣阻擋性能、相對低廉的價格和容易使用。LDPE也被批準用于食品包裝材料的食品接觸和非食品接觸表面。其它可接受的材料是線性低密度聚乙烯(LLDPE)和改性的線性低密度聚乙烯(m-LLDPE)，以及這些材料的混合物。
在附圖2中闡述的實施方案中，內部的食品接觸層，通常記作34，是新的五層復合體。該五層復合體34包括由通過在間二甲苯二胺與脂肪酸之間通過縮聚反應產生的芳香族聚酰胺樹脂和聚酰胺6(PA-6)形成的混合物的第一阻擋層36。
與第一阻擋層36相鄰，第一連接層38完全覆蓋于第一阻擋層36上。連接層38由改進的聚乙烯/或聚烯烴材料構成。本發(fā)明的連接層38由具有馬來酸酐官能團的低密度聚乙烯構成。
與第一連接層38相鄰的是第二阻擋層40。優(yōu)選地，第二阻擋層40是由與第一阻擋層36相同比例(將在下面討論)的同樣材料構成。第二連接層42置于第二阻擋層40之上。
最后，內部層44置于第二連接層42之上。在本實施方案案中，最內部的涂層44的材料類似于外部的聚合涂層30的材料。這樣的一種材料是低密度的聚乙烯。其它材料包括線性低密度聚乙烯和改性的線性低密度聚乙烯，以及這些材料的混合物。雖然可以知道這些材料在食品接觸層中是“吸納“材料，在本實施方案案中，內部層44非常的薄(在下面討論)以至于只能觀測到最低程度的吸納。連接層38、42提高了阻擋層36、40之間和阻擋層40與內部層44之間的粘性。此外，將在下面討論的，第一連接層38為紙盒10的密封的機械完整性提供“體積”。
在本實施方案案中，第一和第二阻擋層36、40由芳香族聚酰胺樹脂和PA-6的混合物構成。在一種優(yōu)選的混合物中，混合物中芳香族聚酰胺樹脂的濃度約為60％到約100％，以及混合物中PA-6的濃度約為0％到40％。最優(yōu)選地，混合物中芳香族聚酰胺樹脂的濃度約為75％，以及混合物中PA-6的濃度約為0％到25％。在一種最優(yōu)選的層壓材料中，第一和第二阻擋層36、40是由相同的材料構成的。已經發(fā)現(xiàn)，阻擋層36、40的材料顯示出不尋常的低吸納性能。
連接層38、42是位于第一和第二阻擋層36、40之間和第二阻擋層40和內部LDPE層44之間的層，是如上描述的由改進的聚乙烯或聚烯烴材料構成的。最優(yōu)選地，連接層38、42由具有馬來酸酐官能團的低密度聚乙烯構成。而且在大多數(shù)的優(yōu)選的層壓制品中，第一和第二連接層38、42是由相同的材料構成的。
每一種上述的層30、36、38、40、42、44是以特定的厚度規(guī)定的，其相當于每單位面積層壓制品上的材料的重量。本領域的技術人員將會認同的，材料的厚度是以克每平方米的單位(gsm)規(guī)定的，這是相關領域中通?？梢越邮艿亩攘繂挝?。
本發(fā)明層壓制品的5層結構34包括重量為5gsm(±1gsm)的第一阻擋層36。第二阻擋層40的材料與第一阻擋層36相同并且與第一阻擋層的重量基本上相同。
第一連接層38，也就是在第一和第二阻擋層36、40之間的連接層，其重量是15gsm(±1gsm)。與阻擋層36、40不同，連接層38、42的重量基本上不同。在本實施方案案中，盡管第一連接層38的重量約為15gsm(±1gsm)，但是第二連接層42的重量約為4gsm(±1gsm)。內部層44的重量是7gsm。
本領域熟練技術人員知道，在傳統(tǒng)的液體食品包裝的應用中，內部低密度聚乙烯阻擋層的重量通常是30gsm到50gsm。然而，已經發(fā)現(xiàn)這些材料，雖然不透液體，但是其不能提供阻擋可接受的氧氣的性能。此外，已經發(fā)現(xiàn)，LDPE、LLDPE、m-LLDPE和上述物質的混合物大大有助于被包裝產品氣味的吸納作用。
為此，在本發(fā)明的層壓材料24中，使在保持包裝所必須的機械性能的同時，內部層44盡可能的薄(例如，輕重量)是可能實現(xiàn)的。也就是說，內部層44重量僅為傳統(tǒng)的山形蓋頂包裝的大約15％到25％之間時，其具有給全部的包裝提供必需的液體的不滲透性能和物理的完整性的充足的重量。第二連接層42，其直接與內部層44相鄰，也保持相對較低的重量。已經發(fā)現(xiàn)連接層42的材料與內部層44的材料相似，而且吸納作用實質上是由連接層42提供的。因此，第二連接層42的重量維持在大約4gsm。仍然，該連接層42在第二阻擋層40和內部層44之間提供足夠的粘性，使得紙盒10仍然保持總的機械性能和完整性。
當前的層壓制品結構24使用實質上更重(例如，更厚)的第一連接層38(其是在第一和第二阻擋層36、40之間的連接層)以給整體包裝10提供額外的機械完整性。在當前的結構中，第一連接層38重量大約為15gsm，幾乎是第二連接層42的四倍。由于第一連接層38置于第一和第二阻擋層36和40之間，通過插入第二阻擋層40，使得它的吸納作用最小化或忽略。因此，第一連接層38的重量和它實質上更大的厚度對于產品的總體質量沒有不利的影響，即不會反過來增加吸納作用。
本領域熟練技術人員知道，關于第二連接層42和內部層44，它們總的重量大約是11gsm。相對于整個層壓材料24來說，盡管仍然是比較重(例如，厚度)的部分，但比起傳統(tǒng)使用的30到50gsm的內部層來說，重量已經顯著減小了。因此，已經發(fā)現(xiàn)，即使這最初的兩層42、44與食品材料接觸，具有本發(fā)明層壓制品24會使吸納的程度大大的降低。
本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，提供實質上更重的(例如更厚)第一連接層38(大約15gsm)對包裝10的機械性能有好處。關于密封完整性，本領域熟練技術人員將知道，在轉換和安裝操作期間，在包裝材料的板之間進行各種熱密封。
在熱密封期間，彼此鄰接的層(即，內部層44和外部層30)，彼此之間容易融合以形成必需的液密的密封物。已經發(fā)現(xiàn)實質上更重的(例如，厚度)第一連接層38提供必需的“體積”以保持并且實際上，加強密封完整性尤其是在紙盒10的側面的密封和在底部和頂部密封。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，上述的層的特定的結構和重量(例如，厚度)可以防止在密封的時候將材料燒穿。
在優(yōu)選的包裝10和制造它的材料中，芳香族聚酰胺樹脂可以從MtsubishiGas And Chemical America，Inc.Of New York，紐約買到，商品名為MXD-6TM。PA-6材料可以從Ube Industries買到，商品名為1022C2。優(yōu)選的連接層38、42的材料，即，具有馬來酸酐官能團的低密度聚乙烯可以從E.I.du Pont de Nemoursand Company of Wilmingon，Delaware買到，商品名為BYNELTM，Grade 4288。
可以使用任何已知方法制備層壓制品24。然而，采用共擠壓方法是可取的，該方法將阻擋層(即，芳香族聚酰胺樹脂和聚酰胺6的混合物)，連接層和聚合物(例如，LDPE)層共擠壓到芯上。其它成本上有效的并且是經濟的大規(guī)模制造這些材料的方法，是本領域熟練技術人員知道的。
根據(jù)本發(fā)明的層壓制品24制得的包裝10顯示出極好的氣味保持性能的層壓制品24構成。在4℃下，在整個計劃的產品保存期限10星期內，包裝10對d-苧烯顯示出85％的保持力。D-苧烯是氣味的“載體”，其是(桔子)果皮油中和(桔子)香精油中的主要化合物，并且已經發(fā)現(xiàn)是橙汁中的有代表性的氣味成份。
已經發(fā)現(xiàn)，由層壓制品24構成的包裝10可以提供優(yōu)越的維生素保持力。特別地，已經發(fā)現(xiàn)，使用包裝10將初始濃度大約為490mg/l的維生素C保存10星期后，可以對維生素C提供2/3的保持力。
在本發(fā)明公開的內容中，“一個”同時包括單數(shù)或是復數(shù)。相反地，任何涉及到復數(shù)的項目在適合的地方，包括單數(shù)。
通過前述的問題，本申請的許多的修改和變化可以在不背離本申請的新的概念的實際的內容和范圍下實現(xiàn)。應當理解，不應該試圖或推斷其僅限制于所例舉的特定的實施方案。公開的內容是覆蓋了所有落入從屬權利要求范圍內的改進方案。
權利要求
1.一種用于食品包裝的低吸納層壓材料，包括由紙或紙板組成的芯層；置于芯層一側的聚合涂層；置于芯層另一側并與芯層相鄰的第一阻擋層；與第一阻擋層相鄰的第一連接層；與第一連接層相鄰的第二阻擋層；與第二阻擋層相鄰的第二連接層；和與第二連接層相鄰的第二聚合涂層，將聚合涂層設置成為與食品接觸的表面，其中第一和第二阻擋層由芳香族聚酰胺樹脂和聚酰胺6的混合物構成，和第一和第二連接層由改性的聚乙烯和聚烯烴中的一種構成。
2.根據(jù)權利要求1的低吸納層壓材料，其中第一阻擋層中芳香族聚酰胺樹脂的濃度約為60％到約100％，以及PA-6的濃度約為0％到約40％。
3.根據(jù)權利要求2的低吸納層壓材料，其中芳香族聚酰胺樹脂的濃度約為75％和PA-6的濃度約為25％。
4.根據(jù)權利要求1的低吸納層壓材料，其中第一和第二連接層由具有馬來酸酐的官能團的低密度聚乙烯構成。
5.根據(jù)權利要求1的低吸納層壓材料，其中第一和第二阻擋層的厚度為大約4克每平方米到大約6克每平方米，第一連接層厚度為大約13克每平方米到大約17克每平方米，第二連接層厚度為大約3克每平方米到大約5克每平方米和內部聚合涂層厚度為大約6克每平方米到大約8克每平方米。
6.根據(jù)權利要求1的低吸納層壓材料，其中內部聚合材料是低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、改性的線性低密度聚乙烯中的一種或它們的混合物。
7.根據(jù)權利要求1的低吸納層壓材料，其中外部的聚合材料是一種低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、改性的線性低密度聚乙烯或它們的混合物。
8.用于食品包裝的紙盒，包括直立的側壁；密封的底壁；和密封的頂壁，具有與食品接觸的內部區(qū)域的紙盒，紙盒由低吸納層壓材料構成，低吸納層壓材料包括紙或紙板的芯層，置于芯層一側的第一聚合涂層，與芯層另一側相鄰的第一阻擋層，與第一阻擋層相鄰的第一連接層，與第一連接層相鄰的第二阻擋層；與第二阻擋層相鄰的第二連接層，和與第二連接層相鄰的第二聚合涂層，第二聚合涂層設置成與食品相接觸，其中第一和第二阻擋層由芳香族聚酰胺樹脂和聚酰胺6的混合物構成，和第一和第二連接層由改性的聚乙烯和聚烯烴中的一種構成。
9.根據(jù)權利要求8的紙盒，其中第一阻擋層中芳香族聚酰胺樹脂的濃度約為60％到約100％，以及PA-6的濃度約為0％到約40％。
10.根據(jù)權利要求9的紙盒，其中芳香族聚酰胺樹脂的濃度約為75％以及PA-6的濃度約為25％。
11.根據(jù)權利要求8的紙盒，其中第一和第二連接層由具有馬來酸酐的官能團的低密度聚乙烯構成。
12.根據(jù)權利要求8的紙盒，其中第一和第二阻擋層厚度為大約4克每平方米到大約6克每平方米，第一連接層厚度為大約13克每平方米到大約17克每平方米，第二連接層厚度為大約3克每平方米到大約5克每平方米和內部聚合涂層的厚度為大約6克每平方米到大約8克每平方米。
13.根據(jù)權利要求8的紙盒，其中內部聚合涂料是低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、改性的線性低密度聚乙烯中的一種或它們的混合物。
14.根據(jù)權利要求8的紙盒，其中外部的聚合材料是低密度聚乙烯、線性密度聚乙烯、改性的線性低密度聚乙烯中的一種或它們的混合物。
全文摘要
用于容器以包裝食物的低吸納層壓材料(24)，包括紙或紙板的芯層(26)，置于芯層一側的聚合涂層(30)，和設置于芯層另一側的組合層(34)。組合層包括與芯層相鄰的第一阻擋層(36)，與第一阻擋層相鄰的第一連接層(38)，與第一連接層相鄰的第二阻擋層(40)，與第二阻擋層相鄰的第二連接層(42)和與第二連接層相鄰的第二聚合涂層(44)。第二聚合涂層設置成食品接觸表面。第一和第二阻擋層由芳香族聚酰胺樹脂和聚酰胺6的混合物構成，第一和第二連接層由改性的聚乙烯和聚烯烴中的一種構成。還公開了一種由該低吸納層壓制品構成的紙箱。
文檔編號B32B27/32GK1524038SQ02811774
公開日2004年8月25日 申請日期2002年5月31日 優(yōu)先權日2001年6月14日
發(fā)明者斯圖爾特·施瓦茨, 馬場毅, N·托夫特, 斯圖爾特 施瓦茨, 蛺 申請人:利樂拉瓦爾集團及財務有限公司