專利名稱：涂覆聚合物的可熱封包裝材料,其制備方法及其制成的密封包裝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制備可熱封的包裝材料的方法，其中將層狀聚合物涂覆層擠壓到纖維基層(fibre base)上，這些層包含外面的聚合物熱封層和至少一層水蒸氣滲透性比熱封層低的內部的聚合物阻擋層。此外，本發(fā)明涉及一種由該方法提供的涂覆聚合物的包裝材料和通過折疊和熱封由它制備的成形的(finished)密封包裝。
液體和甚至許多干食品的產品包裝都需要密封性防止產品過早地變壞，也保護包裝材料本身。材料的水蒸氣密封性防止液體產品從包裝漏出和防止材料的纖維基層因從產品吸收水分被水浸泡。水蒸氣密封性也防止外部的水分進入損壞包裝的干產品。另外，也常常需要包裝材料為氧密封性以防止包裝的產品氧化和保存其香味。
基于纖維的涂覆聚合物的包裝材料的最上面的熱封層中一般使用的低密度聚乙烯(LDPE)也起到防止水蒸氣滲透的保護。但是，在這方面LPDE不是很有效的材料，為獲得良好的水蒸氣阻擋層它必須以相當厚的層使用。在基于纖維的包裝材料中使用高密度聚乙烯(HDPE)作為相當形成水蒸氣阻擋層的更有效的聚合物，除了纖維基層外，典型放置在熱封層和纖維基層之間的包裝里側的包含HDPE的層和可能的氧阻擋層，使得水蒸氣阻擋層也保護氧阻擋層因包裝的產品引起的潮濕。
但是，在基于纖維的包裝材料中使用HDPE的缺點是它引起材料的卷曲。其原因是HDPE層在其擠出后發(fā)生后結晶。
本發(fā)明的目的是形成一種溶液，不需要損壞排列在該材料中的水蒸氣阻擋層就能夠避免基于纖維的包裝材料的所述卷曲問題。本發(fā)明的包裝材料，本發(fā)明的包裝材料的制備方法的特點是環(huán)烯烴共聚物(COC)合并在阻擋層中使得在聚合物中不發(fā)生后結晶的條件下擠壓生產出無定形層。
環(huán)烯烴共聚物(COC)是通過共聚乙烯和環(huán)烯烴而生產的聚合物，已被公開，例如在印刷出版物EP0 773 102A1中，其通過參考合并為本解釋的部分。COC的特點是它具有良好的水蒸氣阻擋性能；另外，它是無定形的。因此，由此引起的后結晶和卷曲都不發(fā)生在擠出的COC層。根據技術陳述，作為水蒸氣阻擋層它解決了與使用的HDPE相關的上述問題。
在出版物EP0 773 102A1中的實施例特別地描述了四環(huán)的環(huán)烯烴共聚物。另外，可以利用通過共聚乙烯和降冰片烯而制備的商品COC聚合物，其具有至少類似于HDPE的高密度和水蒸氣阻擋性能。制備這樣的COC的公司Ticona GmbH報道它的產品具有1.02g/m3的密度、2600-3500N/mm2的彈性模數和0.02-0.04g·mm/m2·24小時的水滲透性。COC已作為用于聚合物發(fā)泡包裝和包裝膜的水蒸氣密封材料上市，但是直到申請人所知，COC尚未作為依照本發(fā)明將被擠出的水蒸氣阻擋層用于基于纖維的包裝材料例如包裝紙和紙板(board)，其目的是避免現有材料的卷曲問題。
含COC的阻擋層能在擠出中直接粘附在LDPE的熱封層上，不必在層之間使用粘合劑。同樣地COC是不可熱封的，但是它能和LDPE一起被熱封。而且，依照本發(fā)明已經注意到COC阻擋層在擠出中能粘附在纖維基層上，在它們之間不需要粘合劑層。因此，本發(fā)明使包裝材料的實施方案成為可能，其中纖維基層的一側僅配有層狀COC，同時作為纖維基層相對側的熱封層能整體地被剩下而無聚合物涂層。因為卷曲問題，使用HDPE作為水蒸氣阻擋層的個別材料(respective material)的制備是根本不可能的。該材料對于干產品的包裝是有用的，其中聚合物層位于包裝的外表面以保護纖維基層和包裝的產品免受外部的水分。
備選地，本發(fā)明能通過擠出層狀COC和熱封層有利地應用到包裝材料的纖維基層的兩側。該材料具有對稱結構是可能的，這種情況下能以任意方式將其應用到折疊包裝上而不改變水蒸氣阻擋層或包裝的其它性能。
根據本發(fā)明，水蒸氣層可以僅由COC組成，或者備選地由COC和一些其它聚合物例如LDPE的混合物組成。COC本身是相對剛性的聚合物材料，經和LDPE混合，減少當將包裝材料折疊到包裝上時削弱蒸汽阻擋層的破裂的風險是可能。
根據本發(fā)明，形成水蒸氣阻擋層的COC層的重量可以為5-50g/m2，優(yōu)選7-30g/m2，最優(yōu)選10-20g/m2。優(yōu)選由LDPE制成的熱封層的重量可以為5-50g/m2，優(yōu)選5-30g/m2，最優(yōu)選7-20g/m2。通過在熱封層中混合LDPE和一些其它合適的聚合物例如聚丙烯或聚丁烯，可能達到拉開時張開的剝離密接，即密接。
形成的氧阻擋層的至少一個聚合物層能進一步合并在本發(fā)明的包裝材料中。例如當包裹液體食品時，包裝材料典型地被折疊使得氧阻擋層位于纖維基層的內部。COC水蒸氣阻擋層能進一步有利地放置在材料的兩側使得纖維基層和氧阻擋層被剩在兩COC層之間。然后包裝里側的聚合物層形成氧和水蒸氣阻擋層，防止包裝的產品接觸外界空氣，同時防止包裝材料的纖維基層接觸包裝的產品。包裝外側的COC蒸汽阻擋層又保護纖維基層和氧阻擋層防止水分從外面穿透，保證包裝在其需要的保存期內保持阻擋性能。
形成氧阻擋層的合適的聚合物材料為乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)、聚酰胺(PA)和這些的化合物。合并在該材料中的氧阻擋層的重量可以為3-15g/m2，優(yōu)選5-10g/m2。
根據本發(fā)明制備的包裝材料可以由包裝板(紙板/卡紙板)形成，其纖維基層的重量可以在130和500g/m2之間變化，最優(yōu)選170-300g/m2。一般使用的，例如在涂覆聚合物的包裝板中的三層紙板可用作纖維基層，一個放置在兩較薄層硫酸鹽漿粕之間的紙板的化學熱磨機械漿(CTMP)的厚層。另外，本發(fā)明覆蓋包裝紙，其中纖維基層的重量一般為20-120g/m2，優(yōu)選40-100g/m2。
通過折疊和熱封上述的和根據本發(fā)明制備的一些包裝材料形成本發(fā)明的密封包裝，使包裝的外表面將包含含有COC的水蒸氣阻擋層和外部的熱封層。以這種方式，首先，水分從外面滲透引起的纖維基層和產品的潮濕問題因此在包裝中被解決了。
而且，本發(fā)明的包裝有利地包含第二COC水蒸氣阻擋層和可能的聚合物氧阻擋層，當折疊材料時這兩層被留置在纖維基層里側包裝的內表面。
本發(fā)明的包裝可以尤其是由涂覆聚合物的紙板制成的紙箱(carton)或盒的包裝，或由涂覆聚合物的紙制成的袋包裝。特別地干和液體食品可以作為包裝的產品。
下面參考附圖借助于實施例更加詳細地解釋本發(fā)明，其中

圖1-13表示作為不同備選實施方案的本發(fā)明的包裝材料的層結構，圖14表示通過折疊和熱封包裝板制備成的本發(fā)明的紙箱包裝，和圖15為進行卷曲測定的結果圖。
圖1所示的涂覆聚合物的包裝板以所述的順序包含LDPE熱封層1、COC水蒸氣阻擋層2、纖維基層3，其是例如包括兩層硫酸鹽紙漿層和它們之間的一層化學熱磨機械漿(CTMP)層的三層紙板、COC水蒸氣阻擋層7、和LDPE熱封層8。LDPE和COC層(1、2；7、8)經共擠出一步被應用到纖維基層(3)的兩側。纖維基層的重量例如為250g/m2，兩COC層2、7的重量例如為15g/m2，兩LDPE層1、8的重量例如為15g/m2。因此，該紙板具有完全對稱的結構，使得LDPE層1、8的任一層可以為用紙板折疊成的包裝的外表面，任一層可以為內表面。由于兩側的水蒸氣阻擋層，該紙板特別適合在氣候溫暖和潮濕的國家包裝干食品。
圖2中包裝板以所述的順序包含LDPE熱封層1、COC水蒸氣阻擋層2、纖維基層3、EVOH氧阻擋層5、例如接枝聚乙烯的粘合劑層6、和LDPE熱封層8。纖維基層(3)兩側的層狀涂覆層(1、2；5、6、8)用共擠出法生產。纖維基層3可以由上述的三層紙板組成，其重量為250g/m2。第一LDPE層和COC層2的重量可以為15g/m2。EVOH層5的重量可以為，例如5g/m2，粘合劑層6的重量同樣可以為5g/m2。第二LDPE層8的重量為，例如40g/m2。該紙板被設計折疊成包裝，使第一較薄的LDPE層1為包裝的外表面，第二較厚的LDPE層8為其內表面，使得EVOH氧阻擋層5被留置在包裝的纖維基層3里側。該紙板可用于干或液體食品的包裝，其中COC層2保護材料的內表面，當需要時防止產品遭受外部的潮濕，EVOH層5和包裝最內層的較厚的LDPE層8防止產品氧化和防止材料的纖維基層3遭受產品引起的潮濕。
圖3的包裝板區(qū)別于圖2所示包裝板之處僅在于代替EVOH，PA層4被用作氧阻擋層，其厚度，例如為7g/m2。
在圖4中，進一步表示了本發(fā)明紙板的一個實施方案，其中氧阻擋層包括層狀PA和EVOH層4、5。兩層4、5的重量都可以為，例如5g/m2。
在圖5中，所示的包裝板以所述的順序包含LDPE熱封層1、COC水蒸氣阻擋層2、纖維基層3、EVOH氧阻擋層5、例如接枝聚乙烯的粘合劑層6、COC水蒸氣阻擋層7、和LDPE熱封層8。用共擠出法生產纖維基層(3)兩側的層狀涂覆層(1、2；5-8)。纖維基層3可以用上面提及的三層紙板制成，LDPE和COC層1、2、7、8的每個重量可以為15g/m2，EVOH和粘合劑層的重量為5g/m2。該紙板被設計折疊成包裝，使得先提及的LDPE層1將成為包裝的外表面，后提及的LDPE層8將成為內表面，這種情況下EVOH層5I被留置在包裝的纖維基層3的里側。該紙板特別適合液體食品的包裝，這種情況下在EVOH層5形成保護產品的氧阻擋層的同時，纖維基層兩側的COC層2、7為紙板的其它層提供了需要的潮濕保護。
圖6所示的包裝板不同于圖5所示包裝板之處僅在于代替EVOH，重量例如為7g/m2的PA層4被用作氧阻擋層。在圖7中，進一步表示了一個實施方案，其中氧阻擋層由層狀PA和EVOH層4、5組成，兩者的重量為，例如5g/m2。
在圖8中，表示了本發(fā)明的一種包裝材料，其不同于圖1所示之處僅在于取代三層紙板，使用重量例如為80g/m2的包裝紙3作為纖維基層。
圖9公開了發(fā)明的一個實施方案，其中由COC水蒸氣阻擋層7和外面的LDPE熱封層8組成的聚合物涂覆層僅擠壓到纖維基層3的一側。換句話說，纖維基層3的另一側被留下而沒有聚合物涂層。纖維基層3可以由硫酸酯(鹽)(sulphate)和CTMP層組成的上面提及的三層板紙制成。當將包裝板9折疊為包裝時，聚合物涂覆層7、8可以象成為包裝的內表面一樣成為外表面。
圖10的包裝板包含纖維基層3，在其上以所述的順序擠壓涂覆EVOH層5、粘合劑層6、COC層7、和LDPE熱封層8。纖維基層3的一側被留下而無涂層。在圖11中，進一步表示了從一側涂覆的包裝板，其中纖維基層3以所述的順序具有作為涂層的COC層10、粘合劑層11、EVOH層5、粘合劑層6、和LDPE層8。在圖10和11的實施方案中，擠壓的COC水蒸氣阻擋層7、10不卷曲該紙板，不象HDPE水蒸氣阻擋層。在這兩個實施方案中，折疊包裝時層狀涂覆層被設計留在纖維基層3的里側。在圖11的結構中，COC層10隨后防止EVOH氧阻擋層5遭受包裝外的潮濕穿透。
在圖12中，表示了一個包裝板，其中纖維基層3的一側配有共擠出的涂覆層組合，其以所述的順序由LDPE層9、COC層10、粘合劑層11、EVOH層5、粘合劑層6、COC層7和LDPE層8組成。除了纖維基層3，層結構是對稱的，在層的同時擠出中獲得優(yōu)點。而且，在這個結構中，COC層10、7從兩個方向防止EVOH氧阻擋層5潮濕穿透。因為其強的卷曲趨勢，使用HDPE將使這個結構不可使用。
在圖10-12的實施方案中，EVOH氧阻擋層5能用聚酰胺層代替，或者EVOH層和聚酰胺層彼此緊靠著放置能起氧阻擋層的作用，如圖7所示的結構中。
圖13的實施方案在纖維基層3的一側包含相應于圖9的共擠出的COC和LDPE層7、8，在相反側僅有LDPE層1。當折疊圖13的包裝板時，COC層7同在內側一樣也可以位于纖維基層4的外側，依賴于任何時間的產品和纖維基層的保護需要。由于COC的無定形，材料無卷曲的趨勢。
在圖14中，看到本發(fā)明的紙板包裝12的一個實例，它由折疊和熱封圖12的包裝板制成的包裝坯(packaging blank)形成。該紙板位于包裝12里，使得纖維基層3外面的包裝外表面配有層狀COC和LDPE層2、1，使得包含EVOH層5的四層涂層5-8位于包裝的纖維基層3的里側。在包裝12的接縫13處，使坯的邊重疊，紙板的相反表面的LDPE層1、8相互緊密地被熱封。
下面的實施例進一步公開了對本發(fā)明的新包裝板進行的測試。在測試中使用的COC為TICONA GmbH上市的產品TOPAS 8007 D 50。
實施例1，紙板的熱密封性能通過制備相應圖9的涂覆聚合物的紙板來測試COC對紙板和LDPE的粘附度和熱封中的性能，其中形成纖維基層3的杯形板的重量為210g/m2，其上的涂覆層7、8兩者的重量為10g/m2。在COC和LDPE層7、8相互粘附以及與纖維基層3粘附中不發(fā)生問題。而且，制備涂覆板用于熱封測試，其中僅一個重量為18g/m2的LDPE層配置在同一杯形板基層上。在測試中，這兩個涂覆板在不同的環(huán)境彼此被熱封，LDPE層相互緊靠。測試結果列于下面的表1。
表1
根據該表，接合時間為0.5、1.0或2.0秒，接合溫度為200、225、250或275℃。接合中使用的壓力為0.8N/mm2。從結果看出，接合時間為0.5和1.0秒時，在所有測試的接合溫度下接合是不充分的。但是，在2.0秒的接合時間時，在225和275℃溫度下得到完全(100％)的接合。結果表示，通過增加接合時間可以得到緊密的防漏的熱封接合。增加接合壓力能較快地進行接合是顯而易見的。
實施例2，紙板的卷曲制備三個不同系列的包裝板用于測試，其中重量為190g/m2的杯形板被擠出涂覆(1)一個重量為10和60g/m2之間變化的單一LDPE層；(2)COC層和外面的LDPE層，使COC層的重量在10和40g/m2之間變化，LDPE層在每種情況下的重量為20g/m2；和(3)由COC層、HDPE層和LDPE層組成的三層結構，其中COC層的重量在10和40g/m2之間變化，HDPE層的重量為10或15g/m2，LDPE層在每種情況下的重量為10g/m2。根據ISO11556標準從它們的相反側面對盤形測試片測定卷曲。在附圖15中可以看到結果。
當涂覆COC和LDPE層的紙板的卷曲和僅涂覆LDPE的紙板對比，可以看到和LDPE相比，COC不增加卷曲，但是當涂層聚合物的總量相同時能相當地減少卷曲。在涂層組合也包括HDPE層的情況下，紙板更加明顯地卷曲?？紤]材料的不卷曲，在測試的基礎上COC作為水蒸氣阻擋層聚合物代替HDPE的優(yōu)點是明顯的。
實施例3，水蒸氣的滲透在38℃的溫度和90％的相對濕度下，對一系列含COC層的聚合物涂覆包裝板測定水蒸氣滲透(WVTR)。每種情況使用重量為190g/m2的杯形板作為纖維基層3，擠出的多層涂層在不同厚度的層中包括，除COC外，COC和LDPE的混合、高密度(HD)和中密度(MD)HDPE和LDPE。
研究的結構，其中數值為層重量(g/m2)，和測定的水蒸氣滲透(g/m2/d)列于下面的表2。
為了參考，一些涂覆HDPE/LDPE的不含COC(基板190、250和270g/m2)的紙板的水蒸氣滲透值，已包括在表中。
層結構 WVTR(g/m2/d)紙板190+COC10+HDPE(HD)10+LDPE10 6.59紙板190+COC40+HDPE(HD)10+LDPE10 2.79紙板190+COC10+LDPE20 8.37紙板190+COC40+LDPE20 3.03紙板190+LDPE10+COC10+LDPE10 6.70紙板190+LDPE10+COC40+LDPE10 3.21紙板190+COC混合10+HDPE(MD)10+LDPE10 7.18紙板190+COC混合40+HDPE(MD)10+LDPE10 2.21參考材料紙板190+LDPE10+HDPE20+LDPE10 5.8紙板250+HDPE20+LDPE107.8紙板270+HDPE40+LDPE104.6
從結果可以看出，COC的水蒸氣阻擋層性能至少等于HDPE，它同樣是可用的或與LDPE混合。
本發(fā)明的實施方案的可能性不局限于上面實施例表示的那些，但是它們可以在后附的專利權利要求范圍內變化，這對于本領域的熟練人員是顯而易見的。
權利要求
1.制備可熱封的包裝材料的方法，其中將層狀聚合物涂覆層擠壓到纖維基層(3)，所述的層包含外部的聚合物熱封層(1、8)和至少一個水蒸氣滲透低于所述熱封層的內部聚合物阻擋層(2、7、10)，所述方法其特征在于，環(huán)烯烴共聚物(COC)合并在所述阻擋層(2、7、10)中使得擠出生產出在所述聚合物中不發(fā)生后結晶的無定形層。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，所述彼此緊靠放置的層狀涂覆層通過共擠壓一步制備到所述纖維基層(3)上。
3.根據權利要求1或2的方法，其特征在于，所述含COC的阻擋層(2、7)直接粘附到所述熱封層(1、8)，在它們之間不用粘合劑。
4.根據前述權利要求任一項的方法，其特征在于，所述含COC的阻擋層(2)直接粘附到纖維基層(3)上，它們之間不用粘合劑。
5.根據前述權利要求任一項的方法，其特征在于，所述纖維基層(3)僅一側涂覆聚合物。
6.根據權利要求1-4中任一項的方法，其特征在于，所述纖維基層(3)的兩側都配有熱封層(1、8)和含COC的內部阻擋層(2、7)。
7.根據前述權利要求任一項的方法，其特征在于，所述阻擋層(2、7)在COC整體中形成。
8.根據權利要求1-6中任一項的方法，其特征在于，所述阻擋層(2、7)以COC和低密度聚乙烯(LDPE)的混合物形成。
9.根據前述權利要求任一項的方法，其特征在于，所述含COC的水蒸氣阻擋層(2、7)的重量為5-50g/m2，優(yōu)選7-30g/m2，最優(yōu)選10-20g/m2。
10.根據前述權利要求任一項的方法，其特征在于，所述熱封層(1、8)的材料為低密度聚乙烯(LDPE)。
11.根據權利要求10的方法，其特征在于，所述LDPE熱封層(1、8)的重量為5-50g/m2，優(yōu)選5-30g/m2，最優(yōu)選7-20g/m2。
12.根據前述權利要求任一項的方法，其特征在于，至少一層氧阻擋層(4、5)合并在所述聚合物涂層中。
13.根據權利要求12的方法，其特征在于，所述纖維基層(3)的一側配有含COC的水蒸氣阻擋層(2)和外面的熱封層(1)，相反側配有氧阻擋層(4、5)和外面的熱封層(8)。
14.根據權利要求13的方法，其特征在于，所述纖維基層(3)的一側配有含COC的水蒸氣阻擋層(2)和外面的熱封層(1)，相反側配有氧阻擋層(4、5)、含COC的水蒸氣阻擋層(7)和最外面的熱封層(8)。
15.根據權利要求12-14中任一項的方法，其特征在于，所述氧阻擋層(4、5)由乙基乙烯醇共聚物(EVOH)、聚酰胺(PA)或它們的混合物制成。
16.根據權利要求15的方法，其特征在于，所述氧阻擋層(4、5)的重量為3-15g/m2，優(yōu)選5-10g/m2。
17.根據前述權利要求任一項的方法，其特征在于，包裝板被制備，其中所述纖維基層(3)的重量為130-500g/m2，優(yōu)選170-300g/m2。
18.根據權利要求1-16中任一項的方法，其特征在于，包裝紙被制備，其中所述纖維基層(3)的重量為20-120g/m2，優(yōu)選40-100g/m2。
19.涂覆聚合物的可熱封的包裝材料，其特征在于，采用前述權利要求任一項的方法通過將層狀聚合物涂覆層擠壓到纖維基層(3)來制備它，這些層包括外面的聚合物熱封層(1、8)和至少一層含環(huán)烯烴共聚物(COC)的內部無定形阻擋層(2、7、10)，其水蒸氣滲透性比所述熱封層的低。
20.密封包裝，其特征在于，它通過折疊和熱封根據權利要求1-18中任一項制備的包裝材料制成，使得所述包裝(12)的外表面包括含COC的水蒸氣阻擋層(2)和外面的熱封層(1)。
21.根據權利要求20的包裝，其特征在于，所述包裝(12)的外和內表面都配有含COC的水蒸氣阻擋層(2、7)和熱封層(1、8)。
22.根據權利要求20或21的包裝，其特征在于，所述包裝(12)的外表面配有含COC的水蒸氣阻擋層(2)和熱封層(1)，所述包裝的內表面配有氧阻擋層(5)和熱封層(8)。
23.根據權利要求21和22的包裝，其特征在于，所述包裝(12)的外表面配有水蒸氣阻擋層(2)和熱封層(1)，所述包裝的內表面配有氧阻擋層(5)、含COC的水蒸氣阻擋層(7)和熱封層(8)。
24.根據權利要求20-23之一的包裝，其特征在于，它是涂覆聚合物的紙板制成的用于干食品的盒包裝。
25.根據權利要求20-23之一的包裝，其特征在于，它是涂覆聚合物的紙板制成的用于液體食品的紙箱包裝。
26.根據權利要求20-23之一的包裝，其特征在于，它是涂覆聚合物的紙制成的袋包裝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種涂覆聚合物的可熱封的包裝材料、其制備方法及其制備的密封包裝。該材料包含包裝紙或包裝板的纖維基層(3)、外面的聚合物熱封層(1、8)，例如LDPE、和根據本發(fā)明部分或全部由環(huán)烯烴共聚物(COC)制成的內部聚合物水蒸氣阻擋層(2、7)。COC水蒸氣阻擋層和熱封層經擠壓制備到纖維基層上，它們可以放置在纖維基層的一側或為了在包裝的兩側實現潮濕阻擋而放置在纖維基層的兩側。而且聚合物氧阻擋層，例如EVOH或聚酰胺層可以合并在包裝材料中。COC為無定形的，用它作為擠出的水蒸氣阻擋層能防止包裝材料的卷曲。本發(fā)明的包裝包括用于干和液體食品的紙箱、盒和袋包裝。
文檔編號B32B27/32GK1522200SQ02813211
公開日2004年8月18日 申請日期2002年6月27日 優(yōu)先權日2001年6月28日
發(fā)明者塔帕尼·彭蒂寧, 塔帕尼 彭蒂寧, 內瓦萊寧, 基莫·內瓦萊寧, 塔爾維寧, 亞利娜·塔爾維寧 申請人:斯塔諾 阿埃索 澳吉有限公司, 斯塔諾 阿埃索 澳吉有限公司