可熱密封的生物可降解包裝材料，其制造方法和由其制造的產(chǎn)品包裝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及可熱密封的生物可降解包裝材料，所述包裝材料包含纖維基板1以及擠出在其上的一個(gè)或多個(gè)聚合物涂層。根據(jù)本發(fā)明，該材料包括聚合物涂層2，其含有不少于90重量％的聚交酯和不多于10重量％的作為添加劑共混在其中用于提高所述層的粘附力和/或熱密封能力的丙烯酸類(lèi)共聚物。本發(fā)明還包括用于制造包裝材料的方法，以及由所述材料獲得的產(chǎn)品包裝。
【專利說(shuō)明】可熱密封的生物可降解包裝材料，其制造方法和由其制造的產(chǎn)品包裝
[0001]本發(fā)明涉及可熱密封的生物可降解包裝材料，所述包裝材料包含纖維基板，以及擠出在其上的一個(gè)或多個(gè)聚合物涂層。此外，本發(fā)明涉及一種用于制造這種包裝材料的方法，以及由該材料制成的封閉的產(chǎn)品包裝。
[0002]用于產(chǎn)品包裝如包裝紙或板的基于纖維的包裝材料通常設(shè)置有用于使包裝防漏并用于通過(guò)熱密封封閉包裝的聚合物涂層。多層涂層可能包含內(nèi)部的EVOH、PET或聚酰胺層，其對(duì)材料提供對(duì)水蒸氣和氧的有效阻擋，以及用于使得材料可熱密封的外部的聚烯烴層。然而，這些廣泛流行的涂層聚合物不是生物可降解的，是一種缺點(diǎn)。
[0003]已經(jīng)用于生物可降解包裝材料的涂層聚合物是聚交酯(PLA)，其具有適合于很多應(yīng)用的相當(dāng)好的水分和氣體阻擋性，但其使用帶來(lái)若干問(wèn)題。比如，聚交酯是硬的和脆的，并且需要高擠出溫度和相當(dāng)大的層厚度用于達(dá)成其對(duì)包裝材料的纖維基板的粘合性。作為高溫的結(jié)果，聚交酯具有降解的風(fēng)險(xiǎn)，并且在擠出中，熔融的織物傾向于沿其邊緣遭遇撕裂的出現(xiàn)并且擠出層容易留有針孔。
[0004]作為所述問(wèn)題的解決方案，說(shuō)明書(shū)F1-112624(對(duì)應(yīng)于EP-1094944B1)公開(kāi)了要與外部的聚交酯層一起被共擠出并且由生物可降解聚合物組成的內(nèi)部的粘合層，其實(shí)例包括一些商業(yè)共聚酯、纖維素酯和聚酯酰胺。這些已經(jīng)能夠促進(jìn)聚交酯的擠出并且達(dá)到防止涂層通過(guò)剝離從纖維基板脫離的粘附力。
[0005]在包裝材料的最外涂層使用聚交酯的另一個(gè)問(wèn)題是其相當(dāng)高的熔融溫度和作為結(jié)果的差的熱密封能力。作為這一點(diǎn)的改進(jìn)，說(shuō)明書(shū)US-2002/0065345A1公開(kāi)了一種與聚交酯共混并且構(gòu)成混合物中不少于9%的部分的生物可降解脂族聚酯，以及一種構(gòu)成混合物中不少于1%的部分的增粘劑。作為合適的脂族聚酯，該公開(kāi)提及了聚己內(nèi)酯(PCL)和聚琥珀酸己二酸丁二酯(PBSA)。根據(jù)所引用的公開(kāi)，可以將該混合物擠出，用于可以軸向或雙軸拉伸并且通過(guò)層壓附加至纖維基板的膜。結(jié)果是具有顯著提高的熱密封能力的聚合物涂布的生物可降解包裝材料。
[0006]說(shuō)明書(shū)US2007/0259195A1描述了基于聚交酯的膜，其含有，共混在其中的0.1-10重量％的生物可降解聚合添加劑，其目的是增加聚交酯的結(jié)晶度并且從而提高其耐熱性。作為這種添加劑的實(shí)例，該說(shuō)明書(shū)公開(kāi)了由Far Eastern Textile出售的FEP0L2040,以及由BASF出售的Ecoflex，兩者都由聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯組成。根據(jù)該說(shuō)明書(shū)，可以將這種混合物以傳統(tǒng)方式擠出至纖維基板上，然而在該說(shuō)明書(shū)中沒(méi)有提及關(guān)于混合物對(duì)基板的粘附性或所獲得的涂層的熱密封能力的問(wèn)題。無(wú)論如何，在該說(shuō)明書(shū)中所致力于提高的PLA的耐熱性沒(méi)有暗示熱密封能力的提高，反而是暗示其減弱。
[0007]本發(fā)明的目標(biāo)是，基于聚交酯的使用，提供可熱密封的生物可降解包裝材料，其中引入至聚交酯中的較少量的添加劑使得擠出中的聚交酯對(duì)纖維基板的粘附性和/或材料的含有聚交酯的表面層的熱密封能力能夠被提高。根據(jù)本發(fā)明，解決方案是具有聚合物涂層的材料，所述聚合物涂層含有不少于90重量％的聚交酯和不多于10重量％的作為添加劑共混在其中用于提高層的粘附力和/或熱密封能力的丙烯酸類(lèi)共聚物。[0008]根據(jù)本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，少量的、適宜地約2-10重量％的丙烯酸類(lèi)共聚物的加入顯著地提高聚交酯層對(duì)其自身以及對(duì)另外一個(gè)例如在雙面涂布包裝材料的相反側(cè)的類(lèi)似的涂層的熱密封能力，或者也提高對(duì)未涂層的纖維基板的熱密封能力。同時(shí)，添加劑提高擠出中聚交酯對(duì)纖維基板的粘合，以使得涂布過(guò)程不需要如US-2002/006534A1中描述的多相膜層壓。
[0009]在本發(fā)明中使用的丙烯酸類(lèi)共聚物本身不是生物可降解的，但是它構(gòu)成混合物的這樣小的部分，以使得它不妨礙包裝在堆肥中或在垃圾填埋中生物降解。當(dāng)使用該材料用于其中聚合物涂層與所包裝的產(chǎn)品直接接觸的食品容器時(shí)，少量的丙烯酸類(lèi)共聚物也是可接受的。
[0010]優(yōu)選涂層中聚交酯的部分不少于95重量％并且丙烯酸類(lèi)共聚物的部分不多于5
重量％。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，要作為添加劑共混至聚交酯的丙烯酸類(lèi)共聚物可以尤其是乙烯-丙烯酸烷基酯二元聚合物或三元聚合物。特別合適的添加劑是乙烯丙烯酸丁酯甲基丙烯酸縮水甘油酯三元聚合物，其由公開(kāi)W02004/101642A1和W02008/013699A1已知。所述公開(kāi)中提及的三元聚合物被描述為用于聚交酯的沖擊改性劑，并且該公開(kāi)還提及這種PLA混合物作為可通過(guò)層壓附加以構(gòu)成用于紙的涂層的取向薄膜的用途。PLA和所述三元聚合物的混合物的粘附性或熱密封能力，或直接在纖維基板上擠出該混合物，在該公開(kāi)中沒(méi)有出現(xiàn)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，包裝材料如紙或板的聚合物涂層可以由單層構(gòu)成，并且這種層可以在該材料的僅一側(cè)上或者在其兩側(cè)上。涂層中作為用于PLA的添加劑存在的丙烯酸類(lèi)共聚物在擠出中提高層與材料的纖維基板的粘合性，以及涂層對(duì)其自身或?qū)υ摬牧系南喾磦?cè)上的涂層或裸纖維基板的熱密封能力。
[0013]備選地，纖維基板可以帶有內(nèi)部的聚合物生物可降解粘合層，以及含有聚交酯和丙烯酸類(lèi)共聚物的外表面層，這兩者都通過(guò)共擠出遞送至纖維基板上。粘合層用于提高擠出中聚交酯織物的附著力，并且在這種情況下與聚交酯共混的丙烯酸類(lèi)共聚物的唯一作用是提高聚交酯的熱密封能力。合適的聚合物粘合劑描述于上面引用的說(shuō)明書(shū)FI112624B中。用于粘合層的一種特別優(yōu)選的聚合物是聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBAT)，其是由對(duì)苯二甲酸、己二酸和I，4- 丁二醇單體聚合的共聚酯。PBAT可以自己構(gòu)成也可以通過(guò)與聚交酯共混構(gòu)成粘合層。
[0014]還可能的是在共擠出中在兩個(gè)聚交酯層之間安排類(lèi)似的含有共聚酯(例如PBAT)的層作為粘結(jié)劑以避免在熔融聚交酯織物上出現(xiàn)撕裂。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的再另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，通過(guò)共擠出向纖維基板提供緊靠纖維基板的聚交酯和乙烯丙烯酸丁酯甲基丙烯酸縮水甘油酯三元聚合物的內(nèi)層，并提供聚交酯和聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯的混合物的外表面層。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的用于制造如上所述的可熱密封的包裝材料的方法的特征在于在纖維基板上擠出或共擠出一個(gè)或多個(gè)聚合層，其至少一個(gè)含有不少于90重量％，優(yōu)選不少于95重量％的聚交酯，和不多于10重量％，優(yōu)選不多于5重量％的共混在其中用于提高該層的粘附力和/或熱密封能力的丙烯酸類(lèi)共聚物。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品包裝的特征在于它由如上所述的本發(fā)明的包裝材料制成，并通過(guò)將含有不少于90重量％,優(yōu)選不少于95重量％的聚交酯和不多于10重量％,優(yōu)選不多于5重量％的丙烯酸類(lèi)共聚物的材料的表面層熱密封被封閉。
[0018]現(xiàn)在將首先參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1-8示例用于本發(fā)明的包裝材料的各種實(shí)施方案中的層結(jié)構(gòu)。
[0019]用于本發(fā)明的圖1的實(shí)施方案包括纖維基板，如包裝紙或板1，以及擠出在其上并且包括90-98重量％的聚交酯(PLA)和2-10重量％的丙烯酸類(lèi)共聚物如例如乙烯丙烯酸丁酯甲基丙烯酸縮水甘油酯三元聚合物的生物可降解聚合物涂層(PLA層)2。纖維基板I可以具有40-350g/m2的重量并且PLA層可以具有10_30g/m2的重量。
[0020]圖1的包裝材料能夠折疊并且熱密封，用于袋或箱型包裝，其中PLA層2可以對(duì)其自己密封或?qū)υ摬牧衔赐繉拥南喾幢砻婷芊狻?br> [0021]用于本發(fā)明的圖2中所示的實(shí)施方案與圖1中所示的實(shí)施方案的不同在于在纖維基板I與PLA層2之問(wèn)存在例如聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBAT)的聚合生物可降解粘合層3。聚合物層2、3通過(guò)共擠出被帶到纖維基板I上。PLA層2可以具有7-20g/m2的范圍內(nèi)的重量并且PBAT層可以具有7-15g/m2的范圍內(nèi)的重量。PBAT層使得能夠使PLA層更薄并且防止其在擠出中出現(xiàn)撕裂。
[0022]在圖3中，將聚交酯涂層分為兩個(gè)部分4、2，以使得內(nèi)層4完全由聚交酯組成而沒(méi)有所加入的丙烯酸類(lèi)共聚物，并且外層2由上述PLA和丙烯酸類(lèi)共聚物的混合物構(gòu)成。最內(nèi)部的粘合層3可以具有7-15g/m2的范圍內(nèi)的重量，并且含有聚交酯的層4、2的每一個(gè)可以具有6-10g/m2的范圍內(nèi)的重量。因此，提高熱密封能力的丙烯酸類(lèi)共聚物限制在材料的最外PLA層2內(nèi)。
[0023]在圖4中，纖維基板I帶有共擠出的三層涂層，其中最內(nèi)層是PLA層2a，下一層是粘結(jié)劑層3a，其可以由與圖2的粘合層3相同的共聚酯(PBAT)構(gòu)成，并且最外層是構(gòu)成材料的表面的PLA層2b。PLA層2a、2b的每一個(gè)可以具有6_13g/m2的范圍內(nèi)的重量，并且粘結(jié)劑層3a可以同樣具有6-13g/m2的范圍內(nèi)的重量。PLA的丙烯酸類(lèi)共聚物添加劑改善了層2a對(duì)紙板的粘附力，層2b的 熱密封能力，并且粘結(jié)劑層3用于改善PLA層2a、2b它們的
彡口口 ?
[0024]圖5的實(shí)施方案與圖4的不同僅在于起到用于PLA層2a、2b的連接的作用的中間涂層4由聚交酯構(gòu)成，如以類(lèi)似于圖3中層4的方式。每個(gè)層2a、4、2b可以具有6_13g/m2的范圍內(nèi)的重量。
[0025]在圖6中，在纖維基板I的頂部共擠出有具有共混在其中的丙烯酸類(lèi)共聚物的兩個(gè)PLA層2a和2b。在這些層中，共混部分不同，在內(nèi)層中例如為5重量％，在外層中例如為
2.5重量％，在這個(gè)意義上，這些層彼此不同。每一個(gè)層2a、2b可以的重量在7-15g/m2的范圍內(nèi)，重量可以彼此相等或不相等。
[0026]在圖7中給出了圖1的實(shí)施方案的修改，其中在纖維基板I上，在其兩側(cè)上，擠出彼此類(lèi)似的PLA層2。每個(gè)PLA層的重量可以在10-30g/m2的范圍內(nèi)。包裝的熱密封基于PLA層2彼此的密封。
[0027]在用于本發(fā)明的圖8的實(shí)施方案中，在纖維基板上共擠出與丙烯酸類(lèi)共聚物共混的內(nèi)部的聚交酯層2和外層5，其中共混有35-90，優(yōu)選45重量％的聚交酯和10-65，優(yōu)選55重量％的聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯。內(nèi)層可以具有5-20g/m2，優(yōu)選7-15g/m2的重量，并且外層5可以具有5-20g/m2，優(yōu)選7-15g/m2的范圍內(nèi)的重量。[0028]通過(guò)測(cè)試丙烯酸類(lèi)共聚物對(duì)聚交酯的熱密封能力和在擠出中對(duì)與未涂層的紙板表面的粘附力的效果，進(jìn)行隨后描述的試驗(yàn)。
[0029]熱密封能力
[0030]測(cè)試材料為包裝板，其具有280g/m2的重量和并且在其上擠出有其組成為95重量％的聚交酯和5重量％的乙烯丙烯酸丁酯甲基丙烯酸縮水甘油酯三元聚合物(Biomaxstrong，由Du Pont出售)的、且其重量為25g/m2的單層涂層。參考材料是同樣涂布的包裝板，其中涂層全部由聚交酯構(gòu)成，沒(méi)有所述丙烯酸類(lèi)共聚物添加劑。進(jìn)行熱密封測(cè)試，其中將板的涂布側(cè)密封至板的未涂層的相反表面。密封壓力為300N并且在加熱的密封模頭之間的密封時(shí)間為0.5s。結(jié)果在附圖9中給出，其圖形地顯示對(duì)于測(cè)試和參考材料，所得到的熱密封的強(qiáng)度作為密封溫度的函數(shù)。在沿圖的垂直軸1-5的刻度上，最小值I表示密封失敗，沒(méi)有任何類(lèi)型的粘附力，并且最大值5表示完全密封，嘗試將其打開(kāi)不導(dǎo)致密封通過(guò)剝離的打開(kāi)，而代之以在板中出現(xiàn)撕裂。觀察到，由于所加入的丙烯酸類(lèi)共聚物，在清楚地低于使用參考材料的溫度獲得完全熱密封。
[0031]粘附力
[0032]進(jìn)行測(cè)試系列，其中向具有280g/m2的重量的包裝板上，將具有彼此相等重量的兩個(gè)涂層共擠出，其內(nèi)層具有95重量％的聚交酯和5重量％的上述乙烯丙烯酸丁酯甲基丙烯酸縮水甘油酯三元聚合物的組合物，并且外層僅由聚交酯組成。在參考測(cè)試序列中，向相同的包裝板共擠出具有彼此相等的重量但沒(méi)有丙烯酸類(lèi)共聚物加入的兩個(gè)平面聚交酯層。在兩種測(cè)試序列中，對(duì)作為總涂層重量的函數(shù)的涂層對(duì)板的粘附力進(jìn)行研究，并且結(jié)果在附圖10中圖形地表示。在沿圖的垂直軸的1-5的刻度上，最小坐標(biāo)I表示在板與擠出涂層之問(wèn)不存在粘附力，并且最大值5表示完全粘附，其中移除的嘗試不導(dǎo)致涂層通過(guò)剝離分開(kāi)，而代之以涉及在板中出現(xiàn)撕裂。觀察到，由于所加入的丙烯酸類(lèi)共聚物，在清楚地明顯低于參考文獻(xiàn)的涂層重量的情況下，獲得完全粘附。
【權(quán)利要求】
1.一種可熱密封的生物可降解包裝材料，所述包裝材料包含纖維基板(I)以及擠出在其上的一個(gè)或多個(gè)聚合物涂層，其特征在于所述材料包括聚合物涂層(2)，所述聚合物涂層(2)含有不少于90重量％的聚交酯和不多于10重量％的作為添加劑共混在其中用于提高所述層的粘附力和/或熱密封能力的丙烯酸類(lèi)共聚物。
2.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于所述添加劑是乙烯丙烯酸烷基酯二元聚合物或三元聚合物。
3.如權(quán)利要求2所述的材料，其特征在于所述添加劑是乙烯丙烯酸丁酯甲基丙烯酸縮水甘油酯三元聚合物。
4.如在前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于所述涂層(2)含有不少于95重量％的聚交酯和不多于5重量％的作為添加劑共混在其中的丙烯酸類(lèi)共聚物。
5.如在前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于所述纖維基板(I)帶有擠出在其上并且可熱密封的單層涂層(2)。
6.如權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于所述纖維基板(I)帶有內(nèi)部的聚合物生物可降解粘合層(3)，以及外部的含有所述添加劑的表面層(2)，兩者都通過(guò)共擠出被帶到所述纖維基板上。
7.如權(quán)利要求6所述的材料，其特征在于所述粘合層由聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯組成。
8.如在前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于所述纖維基板(I)在兩側(cè)上都設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)擠出涂層(2)。
9.如權(quán)利要求9所述的材料，其特征在于在所述纖維基板(I)的兩側(cè)上的所述擠出涂層⑵彼此類(lèi)似。
10.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于所述纖維基板(I)帶有聚交酯和乙烯丙烯酸丁酯甲基丙烯酸縮水甘油酯三元聚合物的內(nèi)層(2)，以及聚交酯和聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯的共混物的外表面層(5)，兩者都通過(guò)共擠出被帶到所述纖維基板上。
11.一種用于制造如在前權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的可熱密封的包裝材料的方法，其特征在于在纖維基板(I)上擠出或共擠出一個(gè)或多個(gè)聚合物涂層，所述一個(gè)或多個(gè)聚合物涂層的至少一個(gè)含有不少于90重量％的聚交酯和不多于10重量％的共混在其中用于提高所述層(2)的粘附力和/或熱密封能力的丙烯酸類(lèi)共聚物。
12.—種由如權(quán)利要求1-9中的任一項(xiàng)所述的包裝材料制成的封閉的產(chǎn)品包裝，所述包裝通過(guò)含有不少于90重量％的聚交酯和不多于10重量％的丙烯酸類(lèi)共聚物的涂層的熱密封被封閉。
【文檔編號(hào)】C09D167/04GK103429503SQ201280012407
【公開(kāi)日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月7日
【發(fā)明者】基莫·內(nèi)瓦萊寧 申請(qǐng)人:斯塔諾 阿埃索 澳吉有限公司