可回收的纸阻隔层合体

技术领域

本发明涉及一种用于柔性包装应用或诸如小袋、袋、包袋的产品递送系统的可回收的纸阻隔层合体，该可回收的纸阻隔层合体包括与水溶性层合层、水分散性阻隔层和水溶性密封层组合的可回收纸，该可回收的纸阻隔层合体与现有技术的纸质柔性包装相比提供若干优点；以及涉及一种用于生产可回收的纸阻隔层合体的方法。

背景技术

纸质包装在消费者中越来越流行，因为它被认为是更天然、更可回收和可生物降解的。然而，无涂层纸的阻隔性能差，并且通过添加涂层来改善阻隔性能的尝试通常导致包装在商业纸回收系统中的可回收能力降低并且还降低其在各种环境中生物降解的能力。

无涂层纸质包装在商业纸回收系统中非常容易回收并且在某些环境中通常是高度可生物降解的。然而，根本没有涂层或粘合剂的纸不能容易地形成完整的功能包装。而且，无涂层纸质包装只能用于容纳不需要任何类型的水/湿气或气体或香味或油脂阻隔的干燥产品。如果干燥产品对湿气敏感，则它将由于湿气将很快进入包装而损坏。如果它对氧气敏感，则它将发生氧化。如果产品是油腻的，则油脂将穿过纸迁移并在包装的外部留下难看的污渍。如果产品含有香味，则香味将从包装中逸出并改变产品预期气味的性质。然而，如果将涂层添加到纸以改善阻隔性能和/或使其可密封，则必须非常小心以避免不利地影响包装在商业纸回收系统中的可回收能力。此外，在弃置不当的情况下，希望涂层不影响整个包装在最期望的环境条件范围内发生生物降解的能力。不能降解可能具有不利的环境影响，诸如在海水中持久存在的微塑料。

解决纸的不良阻隔性能并使其可密封的常用方法是通过涂覆、印刷或层合将基于聚乙烯或基于乙烯共聚物或其他不可生物降解的聚合物涂层添加到纸的表面。然而，如果该聚乙烯涂层太厚，则它将不利地影响典型商业纸回收系统中的纸层合体的可回收性。存在许多聚乙烯涂层已在纸回收过程中引起问题的示例，尤其是在使用较厚涂层来增强密封强度和/或增强阻隔特性的情况下。此类问题的示例是但不限于：i)堵塞再浆化槽和系统中的过滤器的涂料；ii)紧密地保持在纸纤维上并阻止高百分比的纸纤维释放到再浆化系统的水中的涂料；iii)最终结合到回收纸中并不利地影响所得回收纸的外观或性能的涂料。

如果将此类聚乙烯涂层制得非常薄，在可将其剥离并送至垃圾填埋场或燃烧以给工厂提供燃料，从而留下纸纤维以收集并回收到纸中的情况下，则可认为整体结构在纸回收流中是可回收的。然而，此类结构仍然具有若干缺点，因为如果它不当地被弃置在环境中，纸将生物降解，但聚乙烯涂层不能。这相反将形成对环境产生不利影响的持久微塑料，成为一些动物的非营养食物来源。此外，许多消费者可能注意到在纸层合体的内表面上有光泽的聚乙烯层的外观并负面地将它视为非天然材料。

如果相反地使用可生物降解的材料来替代聚乙烯，则众所周知的是，可生物降解的材料对于湿气的阻隔性能较差。此类可生物降解的涂层必须非常厚，从而在纸回收过程中导致问题。

因此，对于用于柔性包装应用的纸层合体的需求尚未得到满足，所述纸层合体具有湿气阻隔和密封剂层，在工业纸再浆化系统中具有提高的回收效率，并且具有减小的环境影响诸如对土壤和水生环境的影响。

发明内容

一种纸阻隔层合体，该纸阻隔层合体能够在工业纸回收设施中回收，适用于家庭或工业堆肥设施，并且在不当地弃置于环境中时是可生物降解的。该层合体由以下各层制成：具有外表面和内表面的可回收纸层；具有外表面和内表面的第一水溶性聚合物层，所述外表面设置在所述纸层的所述内表面上；具有外表面和内表面的水分散性阻隔层，所述外表面设置在所述水溶性聚合物层的所述内表面上；具有外表面和内表面的第二水溶性聚合物层，所述外表面设置在所述水分散性阻隔层的所述内表面上。

制备可回收的纸阻隔层合体的第一方法包括以下步骤：将水溶性聚合物组合物的第一水性溶液施加到诸如PET膜或钢带的可移除平坦载体的表面上；从水溶性聚合物组合物的第一水性溶液中去除水以获得第一水溶性聚合物层；将亲水性纳米片的水性分散体施加到第一水溶性聚合物层的外表面上；从亲水性纳米片的水性分散体中去除水以获得水分散性阻隔层；将水溶性聚合物组合物的第二水性溶液施加到可回收纸层的表面上，纸层优选被机械抛光和/或施胶以避免湿膨胀问题；将水分散性阻隔层的外表面与水溶性聚合物组合物的第二水性溶液结合；从水溶性聚合物组合物的第二水性溶液中去除水以获得第二水溶性聚合物层；从所得可回收的纸阻隔层合体中移除平坦载体。

制备可回收的纸阻隔层合体的第二方法包括以下步骤：将水溶性聚合物组合物的第一水性溶液施加到可回收纸层的内表面上，纸层优选被机械抛光和/或施胶以避免湿膨胀；从水溶性聚合物组合物的第一水性溶液中去除水以获得第一水溶性聚合物层；将亲水性纳米片的水性分散体施加到第一水溶性聚合物层的内表面上；从亲水性纳米片的水性分散体中去除水以获得水分散性阻隔层；将水溶性聚合物组合物的第二水性溶液施加到可回收纸层的内表面上；从水溶性聚合物组合物的第二水性溶液中去除水以获得第二水溶性聚合物层；

附图说明

图1示出了可回收纸层10的横截面。

图2显示了涂覆在可回收纸层10上的水溶性聚合物层20的横截面。

图3显示了涂覆在水溶性聚合物层20上的水分散性纳米片层30的横截面，水溶性聚合物层涂覆在可回收纸层10上。

图4显示了根据本发明的可回收的纸阻隔层合体的一个实施方案的横截面，该层合体包括涂覆在水分散性纳米片层30上的水溶性聚合物层40，水分散性纳米片层涂覆在水溶性聚合物层20上，水溶性聚合物层涂覆在可回收纸层10上。

图5示出了根据本发明的制备可回收的纸阻隔层合体的方法的示意图。

图6示出了经由扫描电子显微镜结合能量色散光谱获得的可回收的纸阻隔层合体的一个实施方案的横截面图像。

图7示出了可回收的纸阻隔层合体的应用的示意图。

具体实施方式

本发明描述了一种与现有技术的纸阻隔层合体相比提供若干优点的可回收的纸阻隔层合体，以及一种制备可回收的纸阻隔层合体的方法。

如本文所用，术语“水蒸气透过率”或“WVTR”是指当根据测试方法部分中提出的水蒸气透过测试方法测量时水蒸气透过膜的速率。

如本文所用，术语“溶解时间”是指当根据测试方法部分中提出的溶解测试方法测量时水溶性膜(诸如由聚合乙烯醇制成的膜)溶解所需的时间。

如本文所用，术语“水分散性”意指在水中破碎成小于1毫米的小碎片。这些碎片可能但不需要稳定地悬浮在水中。

如本文所用，术语“共聚物”是指由两种或更多种类型的单体重复单元形成的聚合物。如本文所用，术语“共聚物”还涵盖三元共聚物，诸如具有乙烯醇单体单元、乙酸乙烯酯单体单元和可能的丁烯二醇单体单元的分布的三元共聚物；然而，如果共聚物基本上完全水解，则可能基本上不存在乙酸乙烯酯单体单元。

如本文所用，术语“水解度”是指当聚合乙烯醇水解时转化成乙烯醇单元的乙酸乙烯酯单元的摩尔百分比。

如本文所用，当术语“约”修饰特定值时，该术语是指等于特定值加上或减去百分之二十(+/-20％)的范围。对于本文所公开的实施方案中的任一个实施方案，在各种另选的实施方案中，特定值的任何公开也可理解为约等于该特定值的公开范围(即，+/-20％)。

如本文所用，当术语“大约”修饰特定值时，该术语是指等于特定值加上或减去百分之十五(±15％)的范围。对于本文所公开的实施方案中的任一个实施方案，在各种另选的实施方案中，特定值的任何公开也可理解为大约等于该特定值的公开范围(即，±15％)。

如本文所用，当术语“基本上”修饰特定值时，该术语是指等于特定值加上或减去百分之十(±10％)的范围。对于本文所公开的实施方案中的任一个实施方案，在各种另选的实施方案中，特定值的任何公开也可理解为大约等于该特定值的公开范围(即，±10％)。

如本文所用，当术语“几乎”修饰特定值时，该术语是指等于特定值加上或减去百分之五(±5％)的范围。对于本文所公开的实施方案中的任一个实施方案，在各种另选的实施方案中，特定值的任何公开也可理解为大约等于该特定值的公开范围(即，±5％)。

图1示出了可回收纸层10的横截面。可回收纸层10具有第一表面12和与第一表面12相对的第二表面14、在表面12与表面14之间的厚度116，以及由厚度116和纸密度获得的克重。

可回收纸层10的克重可在从约20g/m

图2示出了水溶性聚合物阻隔层20的横截面，该阻隔层具有第一表面22和与第一表面22相对的第二表面24，以及在第一表面22与第二表面24之间的厚度216，施加该阻隔层以基本上覆盖可回收纸层10的第一表面12或第二表面14中的至少一者。

水溶性聚合物层20的厚度216可在从约1μm至约120μm、优选地从约1μm至约25μm、更优选地从约1μm至约10μm、甚至更优选地介于1μm至约5μm之间的范围内。

水溶性聚合物层20包含至少一种水溶性聚合物。取决于应用，水溶性聚合物可在可用选项中进行选择以在23℃温度下在数秒或数分钟或数小时内溶解于水中。在23℃温度下需要超过24小时才能溶解于水中的聚合物将不被视为水溶性的。

图3示出了水分散性聚合物阻隔层30的横截面，该阻隔层具有第一表面32和与第一表面32相对的第二表面34，以及在第一表面32与第二表面34之间的厚度316，施加该阻隔层以基本上覆盖水溶性聚合物层20的第一表面22或第二表面24中的至少一者。

水分散性阻隔层30的厚度在从约0.1μm至约20μm、优选地从约0.1μm至约10μm、更优选地从约0.1μm至约5μm的范围内。

水分散性阻隔层30包含90％至100％的纳米片，更优选地96％至100％的纳米片，甚至更优选地99％至100％的纳米片，诸如科罗塞特钠(sodiumcloisite)或钠锂蒙脱石(sodium hectorite)，并且在组装的纳米片之间的空隙中基本上不含其他材料，诸如粘合剂、分散剂、表面活性剂或水溶性聚合物。这意味着纳米片层的内聚性仅由纳米片层之间的相互作用提供，并且对水溶性聚合物层的粘附仅由纳米片层与水溶性聚合物之间的相互作用提供。纳米片层中不存在粘合剂(填隙材料)最大化纳米片层对水渗透的阻隔性能，同时一旦在使用期间经由在水中溶解去除顶部/底部水溶性聚合物层，则保持亲水性纳米片层在水中的分散性。在23℃温度下需要超过24小时才能分散于水中的纳米片将不被视为水分散性的。

纳米片是特征在于直径与正交高度之间具有高纵横比的片状纳米颗粒。高纵横比使得能够形成“砖墙”，其中纳米片平行于下面的水溶性聚合物层的表面放置，彼此重叠并且彼此叠置，因此显著减少了分子(无论是气体还是液体)穿过纳米片层的迁移。纵横比越高，可获得的阻隔性能越高。蒙脱石剥离的纳米片的典型纵横比为约100或更大(Cadène等人，JCIS 285(2):719-30，2005年6月)。

根据本发明的水分散性阻隔层30可以是光学不透明的，优选半透明的，甚至更优选透明的，具体取决于纳米片材料(剥离水平、杂质水平)和纳米片应用方法。

优选地，水分散性阻隔层30是略微柔性的。当通过用于印刷、压片、切开、重绕和其他典型的转换操作的生产线转换纸质结构时，或者当制造包括可回收的纸阻隔层合体的制品诸如袋时，整个可回收的纸阻隔层合体结构通常被折叠、弯曲并且有时被稍微拉伸。这可能导致一些阻隔层破裂，从而可能降低它们作为阻隔层的性能。因此，优选的是，随着结构的其余部分被拉伸，阻隔层30是略微柔性的并且可被拉伸而不断裂。优选地，随着下面的纸层和水溶性聚合物层拉伸，阻隔层30可伸长至少1％、至少2％、至少5％。在一些情况下，可能需要阻隔层拉伸多达10％或甚至多达20％而不断裂。在一个实施方案中，这通过将水分散性阻隔层分成由多个不同水溶性聚合物子层分开的多个不同水分散性阻隔子层来实现。

图4示出了包括可回收纸层10的可回收的纸阻隔层合体的横截面，该可回收纸层具有第一表面12和与第一表面12相对的第二表面14以及在第一表面12与第二表面14之间的厚度116。可回收纸层上附接有第一水溶性聚合物层20，该第一水溶性聚合物层具有第一表面22和与第一表面22相对的第二表面24以及在第一表面22与第二表面24之间的厚度216，并且基本上覆盖纸层10的第一表面12或第二表面14中的至少一者。第一水溶性聚合物层上附接有水分散性阻隔层30，该水分散性阻隔层具有第一表面32和与第一表面32相对的第二表面34以及在第一表面32与第二表面34之间的厚度316，并且基本上覆盖水溶性聚合物层20的第二表面24。水分散性阻隔层上附接有第二水溶性聚合物层，该第二水溶性聚合物层具有第一表面42和与第一表面42相对的第二表面44以及在第一表面42与第二表面44之间的厚度416，并且基本上覆盖水分散性阻隔层30的表面32。层之间的粘附通过水溶性聚合物与亲水性纳米片之间的相互作用提供。

第一表面42与第二表面44之间的水溶性聚合物层40的厚度可在从约1μm至约1000μm、优选地从约1μm至约200μm、更优选地从约1μm至约40μm的范围内。

水溶性聚合物层40包含至少一种水溶性聚合物。取决于应用，水溶性聚合物可在可用选项中进行选择以在23℃温度下在数秒或数分钟或数小时内溶解于水中。在23℃温度下需要超过24小时才能溶解于水中的聚合物将不被视为水溶性的。

根据本发明的每一层是不同的并且彼此分离。所谓不同是指水溶性聚合物层20和40内的阻隔层30基本上仅包含纳米片，并且阻隔层30与周围的水溶性聚合物层20和40之间的边界通过小距离上的大组成变化来区分，从而形成通过本领域已知的显微镜技术容易看到的尖锐边界。边界层，即水分散性纳米片层与相邻水溶性聚合物层之间的中间组合物的中间层，不超过2μm厚，如通过本领域已知的显微镜技术所见。

图6示出了经由扫描电子显微镜(SEM)获得的可回收的纸阻隔层合体的截面图像，该可回收的纸阻隔层合体由涂覆有第一水溶性聚乙烯醇层、水分散性科罗塞特阻隔层和第二水溶性聚乙烯醇层的可回收纸层组成。第二水溶性聚乙烯醇层的可见性低于第一水溶性聚乙烯醇层，因为它薄得多。EDX颜色编码有助于强调各层的化学差异。

当将根据本发明的可回收的纸阻隔层合体浸入水中时(例如，如果废弃物得到管理，则为纸回收过程，或者如果废弃物被不当地丢弃，则为水性环境)，水溶性聚合物层将溶解并且其组分在水处理厂中(如果是回收)或在水性环境(河流、大海)中(如果是不当地被丢弃)被消耗。在没有周围和支持性水溶性聚合物层的情况下浸入水中，水分散性阻隔层将破裂，并且在石墨烯或氧化石墨烯的情况下，纳米片将作为有机碳被消耗，或者在天然粘土或云母的情况下，纳米片将作为矿物富集土壤分散，无论废弃物是优选地被管理还是不当地被丢弃的。这使得纸层完全未涂覆并且易于回收或生物降解，因为纸层选自可回收和可生物降解等级。

本发明的所有实施方案都与当前的纸回收系统兼容，即，这些实施方案在搅拌到大量温水中时必须容易分解。对于目前典型的工业再浆化设施，纸质包装必须在恒定剧烈搅拌下在温水中浸泡5至20分钟内散开。

如果被不当地丢弃在环境中，包装也必须迅速散开，从而将最大表面积暴露于负责生物降解的细菌，确保在合理的时间内被完全消耗。优选地，包装将在6至12个月内生物降解。

根据本发明的可回收的纸阻隔层合体可包括印刷区域。印刷可使用标准印刷技术诸如柔性版印刷、凹版印刷或喷墨印刷实现。根据本发明的可回收的纸阻隔层合体可包括用于美观保护目的以防止意外的水或用于亚光/高光效果的表面涂层。

纸

用于制造纸的纤维素纤维可源自软木、硬木以及非树纤维，非树纤维通常具有较短的纤维，包括竹子、草、大麻纤维、洋麻、亚麻、玉米皮、棉杆、咖啡渣、甘蔗渣、稻杆、麦杆、藻类、蕉麻、清风藤(sabia grass)、细茎针草(esparto grass)、马利筋绒纤维、菠萝叶纤维、木纤维、纸浆纤维等。

用于制备本公开的可回收的纸阻隔层合体的纸层在典型的纸回收流中是可回收的，并且优选地也是可生物降解的，不会在环境中留下任何持久性材料。实际上，纸不是仅由100％纤维素纤维制成，而是还含有聚合物粘合剂、矿物质胶粘剂、增白剂、表面活性剂和其他添加剂。必须适当地选择这些其他成分，以确保(a)纸将在纸回收设施处的再浆化单元中崩解并释放最大量的纤维素纤维用于制造回收纸，或(b)如果不当地弃置于环境中，纸将生物降解。

回收过程的有效性可经由可回收百分比来确定。本公开的可回收的纸阻隔层合体的可回收百分比通过测试方法PTS-RH:021/97(2019年10月草案)的类别II来确定，由位于德国Pirnaer Strasse 37,01809Heidenau的造纸技术研究所(PapiertechnischeStiftung)执行。与可回收百分比一起，总不合格百分比也通过PTS-RH:021/97(2019年10月草案)的类别II来确定。本公开的包装材料的总不合格百分比可为40％或更低、30％或更低、或10％或更低，具体地包括这些范围内的所有值和其中或由此形成的任何范围。例如，本公开的包装材料的总不合格百分比可为约0.5％至约40％、约0.5％至约30％、或约0.5％至约10％，具体地列举这些范围内的所有值和其中或由此形成的任何范围。

据信，不可回收材料的百分比不一定与总不合格品百分比具有1:1的相关性。例如，可溶解的粘合剂和/或涂料被设计成在回收过程中溶解。理论上，这些粘合剂可能不影响总不合格品百分比；然而，它们将对不可回收材料的重量百分比有贡献。

测试方法PTS-RH:021/97(2019年10月草案)的类别II还包括视觉分量。经过培训的筛选人员检查一张或多张回收包装材料是否存在外观缺陷。如果视觉缺陷的数量太多，则该包装材料不合格。如果根据测试方法PTS-RH:021/97(2019年10月草案)的类别II视觉缺陷的数量是可接受的，则批准该包装材料用于另外的处理。本公开的纸阻隔层合体可在方法的该步骤期间产生可接受水平的视觉缺陷。

本公开的纸阻隔层合体可产生此前提及的可回收百分比并且通过目视筛选方法。因此，在经受测试方法PTS-RH:021/97(2019年10月草案)的类别II时，本公开的纸阻隔层合体可得到“通过”的总评分或最终结果。

还值得注意的是，存在用于确定本公开的纸阻隔层合体的可回收百分比的另选方法。由西密歇根大学(University of Western Michigan)执行的被称为可再浆化性测试方法的测试方法可提供可回收材料的百分比产率。虽然由西密歇根大学执行的可再浆化性测试方法与测试方法PTS-RH:021/97(2019年10月草案)的类别II有微小差异，但据信可再浆化性测试方法的百分比产率将类似于由方法PTS-RH:021/97(2019年10月草案)的类别II提供的可回收百分比。

出于商业原因，纸回收设施可从进来的一批废纸中获得至少50重量％的纤维素纤维也是重要的。为此，优选的是纸层本身包含至少介于50重量％和100重量％之间的纤维素纤维，更优选地介于65重量％和90重量％之间的纤维素纤维，最优选地介于75重量％和95重量％之间的纤维素纤维。

设想本公开的可回收纸虽然是可回收的，但其自身可包含回收材料。例如，本发明的可回收纸可包含大于10重量％、优选地大于20重量％、更优选地大于30重量％的回收材料，具体列举这些范围内的所有值和由此产生的任何范围。可回收纸可包含介于0％和100％之间的原生纸或回收纸或它们的混合物。

回收材料的存在可由包装的目视检查检测。通常，制造商通常宣传回收材料的使用以证明其生态友好形象。为此，他们可能采用诸如叶片的标志以及指示包装中使用了回收材料的文字。制造商也可规定所用回收材料的百分比，例如超过50％、超过70％等。

目视检查可简单地利用人眼来搜索关于回收材料的使用的标志。附加地或另选地，目视检查可包括显微镜法，诸如光学显微镜法、扫描电子显微镜法或本领域已知的其他合适方法。例如，由于与包含100％原生纤维的包装材料相比，存在更宽范围的天然纤维，包含回收纸纤维的包装材料在显微镜下可能看起来不同。

优选的是，纸在至少一面上尽可能平坦，该面随后用水性聚合物溶液涂覆以形成相邻的水溶性聚合物层。可通过“施胶”将纸弄平，施胶在行业中意指其可用含有各种无机填料(诸如粘土、碳酸钙和/或二氧化钛)的水性聚合物悬浮液涂覆，随后将悬浮液干燥，并且将纸压延以得到比施胶前更平坦的表面，因为无机填料和粘结剂脱水以填充纸的多孔粗糙表面。另选地，可在造纸过程期间通过机械熨烫/压制步骤对纸进行机械上光，所述步骤有时涉及加热—在这种情况下，将纸纤维挤压在一起并弄平以便使纸表面致密并去除孔隙。在一些情况下，将施胶和机械上光组合以在造纸过程期间获得甚至更平坦的更完美表面，随后用水溶性聚合物层涂覆。在其他情况下，可使用已经是自然非常平的牛皮纸或玻璃纸或描图纸，此类纸通过在制造过程期间使纸结构在其整个厚度上致密化的方法来制造，并且不需要进一步施胶或上光。

适用于制备可回收的纸阻隔层合体的纸的示例包括：得自

如下表1中所示，这些纸均通过美国西密歇根大学和德国PTS研究所的纸回收方案。这些纸也通过OECD 301B生物降解筛选测试，在28天内经历至少60％的生物降解。

表1

为了承受高速制造过程(其中产品放置在由本发明所公开的层合体制成的包装内)的应力以及运输的应力，纸层必须足够坚固且有弹性。有无数种方法来指定纸层。下面讨论的度量是以kN/m为单位的MD拉伸强度、以kN/m为单位的CD拉伸强度、以百分比为单位的MD拉伸、以百分比为单位的CD拉伸、以kPa为单位的MD破裂强度、以μm为单位的厚度、以J/g为单位的MD拉伸能量吸收、以J/g为单位的CD拉伸能量吸收和以g/m

在需要使用非常坚韧的纸来保持水分散性阻隔层的物理完整性的情况下，优选的是得自

表2

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水溶性聚合物

适合用作水溶性聚合物层的优选的聚合物、共聚物或其衍生物选自聚乙烯醇(PVOH)、聚乙烯醇共聚物(诸如丁烯二醇-乙烯醇共聚物(BVOH))的水溶性聚合物层的共聚物或衍生物，它们通过丁烯二醇与乙酸乙烯酯的共聚产生，然后是乙酸乙烯酯的水解，合适的丁烯二醇单体选自3,4-二醇-1-丁烯、3,4-二酰氧基-1-丁烯、3-酰氧基-4-醇-1-丁烯、4-酰氧基-3-醇-1-丁烯等；聚乙烯基吡咯烷酮；聚环氧烷，诸如聚环氧乙烷或聚乙二醇(PEG)；聚(甲基丙烯酸)、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、丙烯酸酯共聚物、马来酸/丙烯酸共聚物；聚丙烯酰胺；聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸(polyAMPS)；聚酰胺，聚-N-乙烯基乙酰胺(PNVA)；多元羧酸和盐；纤维素衍生物，诸如纤维素醚、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素；羟丙基甲基纤维素；天然树胶，诸如黄原胶和角叉菜胶；藻酸钠；麦芽糖糊精、低分子量糊精；聚氨基酸或肽；蛋白质，诸如酪蛋白和/或酪蛋白酸盐(例如，如由Lactips商业化的那些)。

最优选的聚合物是聚乙烯醇、聚环氧乙烷、甲基纤维素和藻酸钠。对于需要“无塑料”产品的应用，水溶性聚合物层的大部分组分可以是天然衍生的聚合物，诸如海藻酸钠。优选地，水溶性聚合物层中聚合物的含量为至少60％。

水溶性聚合物的平均分子量(通过凝胶渗透色谱法测量)为约1,000Da至约1,000,000Da，或约1,000Da至约1,000,000Da的任何整数值，或由任何前述值形成的任何范围，诸如约10,000Da至约300,000Da、约20,000Da至约150,000Da等。更具体地，聚乙烯醇的分子量可在20,000Da至150,000Da范围内。聚环氧乙烷的分子量将在50,000Da至400,000Da范围内。甲基纤维素的分子量将在10,000Da至100,000Da范围内。藻酸钠的分子量将在10,000Da至240,000Da范围内。

如果使用均聚物聚乙烯醇，水解度可为70％至100％，或介于70％和100％之间的任何整数百分比值，或由这些值中的任何值形成的任何范围，诸如80％至100％、85％至100％、90％至100％、95％至100％、98％至100％、99％至100％、85％至99％、90％至99％、95％至99％、98％至99％、80％至98％、85％至98％、90％至98％、95％至98％、80％至95％、85％至95％、90％至95％等。

任选成分

可回收的纸阻隔层合体的水溶性聚合物层可包含崩解剂、增塑剂、表面活性剂、润滑剂/剥离剂、填料、增量剂、抗粘连剂、防粘剂、消泡剂或其他功能性成分。

某些应用可能需要水溶性聚合物层包含崩解剂以增大其在水中的溶解速率。合适的崩解剂是但不限于玉米/马铃薯淀粉、甲基纤维素、矿物粘土粉末、交联羧甲基纤维素(交联纤维素)、交聚维酮(交联聚乙烯基N-吡咯烷酮或PVP)、羧甲淀粉钠(交联淀粉)。优选地，水溶性聚合物层包含介于0.1重量％和15重量％之间、更优选地约1重量％至约15重量％的崩解剂。

在一些实施方案中，水溶性聚合物层可包含水溶性增塑剂。优选地，水溶性增塑剂选自水、多元醇、糖醇以及它们的混合物。合适的多元醇包括选自由以下项组成的组的多元醇：甘油、双甘油、乙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、至多400Da分子量的聚乙二醇、新戊二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、双丙二醇、聚丙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、甲二醇、三羟甲基丙烷、己二醇、新戊二醇和聚醚多元醇，或它们的混合物。合适的糖醇包括选自由以下项组成的组的糖醇：异麦芽酮糖醇、麦芽糖醇、山梨糖醇、木糖醇、赤藓糖醇、核糖醇、半乳糖醇、季戊四醇和甘露糖醇，或它们的混合物。在一些情况下，增塑剂可选自以下列表：乙醇胺、柠檬酸烷基酯、异山梨醇、季戊四醇、葡糖胺、N-甲基葡糖胺或异丙基苯磺酸钠。与包括较易移动的增塑剂如甘油的水溶性聚合物层相比，较少移动的增塑剂如山梨糖醇或聚环氧乙烷可促进形成具有更大阻隔性能的水溶性聚合物层。在一些情况下，当期望使用尽可能多的天然衍生材料时，还可使用以下增塑剂：植物油、聚山梨糖醇、聚二甲基硅氧烷、矿物油、石蜡、C

在一些实施方案中，根据本发明的水溶性聚合物层包含表面活性剂。合适的表面活性剂可属于非离子、阳离子、阴离子或两性离子类别。合适的表面活性剂是但不限于泊洛沙姆(聚氧乙烯聚氧丙二醇)、醇乙氧基化物、烷基苯酚乙氧基化物、叔炔二醇和链烷醇酰胺(非离子性)、聚氧乙烯胺、季铵盐和聚氧乙烯季胺(阳离子性)、以及氧化胺、N-烷基甜菜碱和磺基甜菜碱(两性离子性)。其他合适的表面活性剂是磺基琥珀酸钠、甘油和丙二醇的酰化脂肪酸酯、脂肪酸乳酰脂、烷基硫酸钠、聚山梨酸酯20、聚山梨酸酯60、聚山梨酸酯65、聚山梨酸酯80、卵磷脂、甘油和丙二醇的乙酰化脂肪酸酯、和5种脂肪酸的乙酰化酯以及它们的组合。优选地，水溶性聚合物层包含介于0.1重量％和2.5重量％之间、更优选地约1重量％至约2重量％的表面活性剂。

在一些实施方案中，根据本发明的水溶性聚合物层包含润滑剂/剥离剂。合适的润滑剂/剥离剂是但不限于脂肪酸和它们的盐、脂肪醇、脂肪酸酯、脂肪胺、脂肪胺乙酸酯和脂肪酰胺。优选的润滑剂/剥离剂是脂肪酸、脂肪酸盐、脂肪胺乙酸酯以及它们的混合物。优选地，水溶性聚合物层包含0.02重量％至1.5重量％、优选地约0.1重量％至约1重量％的润滑剂/剥离剂。

在一些实施方案中，根据本发明的水溶性聚合物层包含填料、增量剂、抗粘连剂、防粘剂。合适的填料、增量剂、抗粘连剂、防粘剂是但不限于淀粉、改性淀粉、交联聚乙烯吡咯烷酮、交联纤维素、微晶纤维素、二氧化硅、金属氧化物、碳酸钙、滑石和云母。优选地，水溶性聚合物层包含0.1重量％至25重量％、更优选约1重量％至约15重量％的填料、增量剂、抗粘连剂、防粘剂。在不存在淀粉的情况下，水溶性聚合物层优选包含1重量％至5重量％的填料、增量剂、抗粘连剂。

在一些实施方案中，根据本发明的水溶性聚合物层包含消泡剂。合适的消泡剂是但不限于聚二甲基硅氧烷和烃共混物。优选地，水溶性聚合物层包含介于0.001重量％和0.5重量％之间、更优选约0.01重量％至约0.1重量％的消泡剂。

根据本发明的可回收的纸阻隔层合体可含有残余水分，这取决于通过卡尔费歇尔滴定法测得的层合体组分在给定温度和湿度条件下的吸湿性和等温线。例如，水溶性聚乙烯醇层在23℃和50％相对湿度下可含有约4％至8％残余水分。

水分散性纳米片

纳米片是特征在于直径与正交高度之间具有高纵横比的固体片状纳米颗粒。高纵横比提供了纳米片的平行排列以及用于化学品通过纳米片的更长扩散路径长度，因此提供了阻隔功能。希望纳米片没有降低阻隔性能的诸如裂纹和孔的缺陷。还希望纳米片对于应用目的(例如湿涂)和寿命终止情形(例如废水处理厂)两者在水中容易剥离，但在干燥时具有高粘性。纳米片目前在工业中用作流变改性剂、阻燃剂、防腐蚀涂层和/或化学阻隔剂。纳米片可从天然来源获得并按原样使用，或者可从天然来源进行纯化和改性，或者由于纯度和性能原因可在炉中合成。

天然页硅酸盐(诸如蛇纹石、粘土、绿泥石和云母)由堆叠在一起的纳米片组成。天然粘土(诸如高岭石、叶蜡石、蛭石和蒙皂石)由堆叠在一起的纳米片组成，在存在水的情况下溶胀。蒙皂石(诸如蒙脱土和锂蒙脱石)由堆叠在一起的纳米片组成，在存在水的情况下最容易溶胀。可对天然蒙皂石进行纯化和改性，诸如得自BYK的科罗塞特钠，其由膨润土(含60％至80％蒙脱石的天然矿物)制成，并且为了剥离目的而用单价钠进行阳离子交换。也可合成蒙脱石，诸如得自BYK的合成锂皂石和得自拜罗伊特大学的钠锂蒙脱石。其他纳米片是石墨烯和石墨烯氧化物，诸如由Applied Graphene Materials公司提供的那些，并且其特征还在于直径与其正交高度之间的高纵横比。

制备可回收的纸阻隔层合体的方法

存在制备本文所述的可回收的纸阻隔层合体的方法的许多非限制性实施方案。如图5所示，具有集成的水分散性阻隔功能的水溶性膜可在特定条件下通过涂覆和干燥水性聚合物溶液或水性纳米片分散体的多个步骤制备。

在一个实施方案中，制备可回收的纸阻隔层合体的方法包括以下步骤：

a)将水溶性聚合物组合物的第一水性溶液施加到可移除的平坦载体(诸如未处理的PET膜、不锈钢带、氟化聚合物带或任何其他合适的载体材料50)的表面上

b)从水溶性聚合物组合物的第一水性溶液中去除水以获得第一水溶性聚合物层40

c)将亲水性纳米片的水性分散体施加到第一水溶性聚合物层的外表面上

d)从亲水性纳米片的水性分散体中去除水以获得水分散性阻隔层30

e)将水溶性聚合物组合物的第二水性溶液施加到可回收纸层10的施胶内表面上；

f)将水分散性阻隔层的外表面与水溶性聚合物组合物的第二水性溶液结合

g)从水溶性聚合物组合物的第二水性溶液中去除水以获得第二水溶性聚合物层20

h)从所得可回收的纸阻隔层合体150中移除平坦载体。

该方法提供更好的阻隔性能，因为水分散性阻隔层形成在水溶性聚合物层本身的完全平坦表面上，这是由于其形成于可移除载体的完全平坦表面上。它还提供对可回收纸层的孔隙率和表面粗糙度相当不敏感的优点。因此，可以从既没有表面上光也没有施胶的可回收纸层开始，根据该方法获得可回收的纸阻隔层合体。

在另一个实施方案中，制备可回收的纸阻隔层合体的方法包括以下步骤：

a)将水溶性聚合物组合物的第一水性溶液施加到可回收纸层的内表面上，内表面被施胶、上光或既施胶又上光

b)从水溶性聚合物组合物的第一水性溶液中去除水以获得第一水溶性聚合物层20

c)将亲水性纳米片的水性分散体施加到第一水溶性聚合物层的内表面上

d)从亲水性纳米片的水性分散体中去除水以获得水分散性阻隔层30

e)将水溶性聚合物组合物的第二水性溶液施加到可回收纸层的内表面上

f)从水溶性聚合物组合物的第二水性溶液中去除水以获得第二水溶性聚合物层40

该另选方法在可回收纸层与水分散性阻隔层之间提供更好的粘结强度。从工业观点来看，实践起来也更简单。但是它将可回收纸的选择限制为适用于涂覆水性聚合物溶液的纸，诸如在至少一面上施胶的纸，或在至少一面上机械上光的纸，或者是牛皮纸或玻璃纸。在一些情况下，施胶和机械上光可组合以得到可回收纸的更平坦表面。

为了制备水溶性聚合物层10或30，通常通过采用固体形式的水溶性聚合物并首先使用适度搅拌将其溶解于水中来形成水性聚合物溶液，通常是20重量％的水溶性聚合物对80重量％的水。然后在适度搅拌和高温下将水性聚合物溶液进一步与其他添加剂诸如增塑剂组合。然后将水性聚合物溶液涂覆到平坦表面载体(例如未处理的PET膜、不锈钢带、氟化聚合物带或任何其他合适的材料)上，并且经由对流或扩散干燥法去除水。

不受理论的限制，据信水性聚合物溶液的最重要材料性质是：a)在介于20℃和95℃之间的给定温度下聚合物在水中的溶解度；b)水性聚合物溶液在该温度下的所得粘度，更高的粘度更有利于各层之间的最大区分/分离；c)水性聚合物溶液在平坦载体上或在水分散性纳米片层上或在另一个水溶性聚合物层上的润湿情况，更高的润湿更有利。

干燥步骤通常通过带式干燥机进行，诸如由

为了制备水分散性纳米片层30，通常通过采用固体形式的水分散性纳米片并首先在高剪切(例如高能球磨)条件下用一些水使它们剥离来形成水性纳米片分散体，通常是80重量％的水分散性纳米片对20重量％的水。然后在中等温度和剧烈搅拌下将水性纳米片分散体进一步稀释于水中。然后将水性纳米片分散体涂覆到一个水溶性聚合物层上并且经由干燥去除水。

不受理论的限制，据信纳米片的最重要材料性质是：a)纳米片的纵横比(更大的纵横比更有利于阻隔性能)；b)在强烈剪切混合下，纳米片在水中完全剥离并分散，没有纳米片的再附聚，从而得到均匀分布的纳米片的基本上均匀的涂层，使得均匀的涂层没有诸如针孔或裂缝的缺陷。不受理论的限制，还据信水性纳米片分散体的最重要可加工性是：水性纳米片分散体的粘度，更高的粘度更有利于各层之间的最大区分/分离，并因此具有最大阻隔性能；水性纳米片分散体在水溶性聚合物层上或在另一个水分散性纳米片层上的润湿情况；施加在水性纳米片分散体上的剪切，更高的剪切更有利于针对阻隔平面的平行纳米片取向；经由扩散干燥从分散体中去除水，不在纳米片层中产生缺陷。

对于涂覆水性纳米片分散体测试了许多方法：线棒涂覆、网纹辊涂、逆转辊涂、狭缝模挤涂、辊到辊涂覆和喷涂。经由定制的狭缝模(例如FMP Technology，Coatema)的水性挤涂实现了提供水性纳米片分散体的适当进给的最可靠方法，而辊到辊方法经由水性纳米片分散体的优异剪切(因此优异的纳米片平行取向，因此优异的阻隔性能)提供了最佳阻隔性能。然而，该阻隔性能也取决于水分散性纳米片层的总厚度。通常，水分散性纳米片层的厚度在约0.1μm至约20μm的范围内，以提供足够的阻隔性能，同时保持足够的机械柔韧性和机械抗性。

在该方法的另一个非限制性实施方案中，水分散性纳米片阻隔层30通过涂覆和干燥水性纳米片分散体的多个应用步骤获得，每个纳米片子层掩盖下层纳米片子层中的假定缺陷，从而提供最大阻隔性能。为此，根据上述方法中的任一种方法在水溶性聚合物层10上形成第一水分散性纳米片阻隔子层；随后，可添加一个或多个另外的水分散性纳米片阻隔子层，直至获得期望的水分散性纳米片层厚度。在该方法之后，可在水溶性膜内形成相对较厚的水分散性纳米片层。在希望增大光学透明度和机械柔韧性的情况下，另外的水分散性纳米片阻隔子层可通过另外的较薄水溶性聚合物子层分隔开。各种聚合物子层或阻隔子层可具有基本上相同的化学组成或不同的化学组成，以向整个结构提供不同的性能。子层之间的粘附仅通过水溶性聚合物与亲水性纳米片之间的分子相互作用提供。类似地，子层之间的内聚性仅通过相同组成或化学性质的材料之间的分子相互作用提供，不使用粘结剂。没有粘结剂将最大程度提高抗水渗透的阻隔性能并且在顶部/底部聚合物层溶解后保持纳米片在水中的分散性。

油墨、商标和装饰

根据本发明的可回收的纸阻隔层合体可以是不透明的或半透明的。根据本发明的可回收的纸阻隔层合体可包括印刷区域。印刷可使用标准印刷技术诸如柔性版印刷、凹版印刷或喷墨印刷实现。

根据本发明的可回收的纸阻隔层合体可以无数种构造布置为包装。例如，包装可包括多个片，这些片包封多个制品。这些片中的每个片包括内表面和外表面。一个或多个片的外表面和/或内表面可包括形成包装上的商标、包装信息和/或背景颜色等的油墨或染料。与包装内的产品相关联的商标和/或其他包装信息设置在至少一个片的外表面上。商标可包括与包装内的产品相关的徽标、商品名、商标、图标等。利用商标来告知消费者包装内的产品。包装信息可包括与包装内的产品相关的产品的尺寸、包装内的产品数量、包装内含有的产品的示例性图像、可回收性徽标等。

在本发明的所有方面中，沉积的油墨可以是基于溶剂的或基于水的，并且油墨内的颜料可以是有机的或无机的，或两者的组合。在一些实施方案中，油墨是高度耐磨的。例如，高耐磨油墨可包括通过紫外线辐射(UV)或电子束(EB)固化的涂料。在一些实施方案中，油墨内的任何有机颜料衍生自石油来源。在一些实施方案中，油墨内的任何有机颜料衍生自可再生资源，诸如大豆、植物。在一些实施方案中，如果颜料是有机的，则油墨内的任何有机颜料将是可生物降解的。在其他实施方案中，油墨内的任何无机颜料将由是可分散的并且对环境无害的无机金属氧化物制成。

油墨的非限制性示例包括得自Gans Ink&Supply Co.的ECO-SUREI

油墨以约0.5μm至约20μm、优选地约1μm至约10μm、更优选地约2.5μm至约3.5μm的厚度存在。

本公开的可回收的纸阻隔层合体可包含油墨和/或染料以向本公开的包装提供背景颜色。为了进一步阐明背景颜色，值得注意的是，纸层包括基色。纸层的基色是不含油墨或染料的包装的颜色。例如，漂白纸的颜色是白色，未漂白的颜色是棕色，衍生自草的纸的颜色是绿色，并且包括可回收内容物的纸的颜色是灰色。背景颜色是非基色的任何颜色，例如蓝色、红色、绿色、黄色、紫色、橙色、黑色或它们的组合。然而，如果通过油墨和/或染料获得颜色，则背景颜色也可包括白色、棕色或灰色。

为了减少油墨/染料的使用以有利于回收过程，可利用纸层的天然颜色。例如，油墨/染料可用于限定仅面向消费者的片的背景颜色，而纸层的天然颜色将用作柔性包装的其他片的背景颜色。

表面涂层

优选地，可回收的纸阻隔层合体的印刷表面经表面涂覆，以保护油墨层不受其物理和化学环境的影响，以增强纸层的耐久性并提供高光或亚光的光洁度。这种任选的表面涂层可被称为漆或清漆或防喷溅层。在一些实施方案中，表面涂层由硝化纤维素漆、丙烯酸漆、水基漆、反应性双组分聚氨酯漆制成。在一些优选的实施方案中，表面涂层由通过OECD301B生物降解筛选测试的天然蜡制成，诸如蜂蜡、油菜籽蜡或小烛树蜡，条件是暴露温度不超过蜡熔点。因为表面涂层的厚度影响由本发明的可回收的纸阻隔层合体制成的包装的可回收性和生物降解性，因此较薄的表面涂层是优选的。表面涂层的厚度优选地介于1μm至25μm之间，更优选地小于10μm，甚至更优选地小于5μm。

制备可回收纸质包装的方法

本文所述的可回收的纸阻隔层合体可形成制品，包括但不限于其中典型的膜或可密封纸将用作包装材料的制品。此类制品包括但不限于袋、小袋、包袋、流式包裹、枕头包和其他容器。结合本文所述的可回收的纸阻隔层合体的袋、小袋、包袋、流式包裹、枕头包和其他此类容器可以本领域已知的任何合适的方式制备。

根据本发明制备的可回收的纸阻隔层合体可使用成型-填充-密封方法(FFS)转化成包装和制品。传统的FFS方法通常涉及三个连续步骤，其中包装或制品由纸层合体形成、填充、然后密封或闭合，如美国专利号6,293,402中所述，该专利以引用方式并入本文。在热密封方法中，存在这样的温度范围，高于该温度范围时，密封件将被烧毁，而低于该温度范围时，密封件将不够坚固。密封件以本领域技术人员已知的任何密封方式提供。密封可包括将连续加热的元件施加到纸层合体，然后在密封之后移除该元件。加热元件可以是包括旋转的夹爪或加热轮的热棒。不同的密封件类型包括翅片密封件和重叠密封件。

单通道方法

美国专利号4,521,437中描述了一种众所周知的使用垂直成型和填充机器的密封单通道方法，该专利以引用方式并入本文。在该方法中，将平坦的幅材材料从辊上退绕并通过将膜上的纵向边缘密封在一起形成搭接密封(即翅片密封)而形成为连续的管。将所得的管垂直向下拉到填充工位并塌缩在管的横截面上，此类横截面的位置在填充工位下方的密封设备处。横向热密封由密封设备在管的塌缩部分处形成，从而形成横跨管的气密密封。在形成横向密封之后，预定体积的待包装材料(例如可流动材料)在填充工位处进入管并从上述横向密封向上填充管。然后，在管中材料的重量和机器上的膜推进机构的重量的影响下，管下落预定距离。密封设备的夹爪闭合，在位于管中的空气/材料界面上方的第二横截面处使管塌缩。密封设备在所述第二横截面处横向地密封并切断管。管的材料填充部分现在是枕形小袋的形式。这样，密封设备在一个操作中密封已填充小袋的顶部、密封下一个待成型小袋的底部并且将已填充小袋与下一个待成型小袋分隔开。

多通道方法

本发明的包装也可使用多通道小袋包装机(诸如QuadroPack(Nijeveen，Netherlands)生产的VEGA PACK300S)进行加工。美国专利号6,966,166中也描述了一种高速多通道小袋处理机器，该专利以引用方式并入本文。在该方法中使用的机器包括用于分配相等尺寸的幅材膜的片材的两个辊、适于此类基材和装置的多个密封设备，诸如下文所述的用于将内容物(例如液体、粘性材料、粉末和其他物质)插入膜包装中的泵工位。多个包装可通过利用与经过机器的膜流一起行进的一个或多个可移动往复托架来生产，该托架支撑密封和横切工位中的每一者。密封设备应用于除了一个边缘之外的所有边缘，从而形成具有腔体和开口的袋。包装的所需内容物通过开口插入腔体中。然后将开口密封并与基材分离。在基材辊工位处提供一对基材辊。另选地，可将切割器置于单个夹辊的中间，以将基材宽度分成两个相等部分。纸层合体的片材被牵引轮工位推进通过设备并用于形成包装的前片和后片。来自每个辊的纸层合体被引导，使得当两片纸层合体前进通过机器时，两片纸层合体彼此非常接近并处于平行关系。密封和切割设备包括：用于密封包装的垂直边的纵向密封条，用于将纸层合体保持在适当位置并防止其向后滑动的单向辊，用于在垂直方向上将撕开的狭缝切割成包装的垂直切割器，以及用于在水平方向上密封包装的横向密封条。泵工位包括多个与将消费产品容纳在包装中的存放结构连通的填充分配器。这些分配器可从贮存器中抽取预定量的消费产品并将其沉积到由机器形成的纸层合体包装的腔体中。在优选的实施方案中，泵工位和分配器可由与凸轮系统连通的一个或多个运动控制的伺服电动机驱动。可通过交换分配器(具有不同容量的不同分配器)、改变泵循环的冲程、改变泵循环的定时等来改变消费产品的量。因此，取决于机器要形成的包装的尺寸和容量，可分配不同量的消费产品。

密封机构可以是热密封、水密封、湿气密封、超声密封、红外密封或被视为合适的任何其他类型密封。

制品

如图7所示，本发明还包括包含产品组合物400和可回收的纸阻隔层合体150的制品，该可回收的纸阻隔层合体可形成容器350，诸如袋、小袋、胶囊、包袋等，以容纳产品组合物。为了简单起见，本文所关注的制品将按照可回收的阻隔纸袋来描述，但应当理解，本文的讨论也适用于其他类型的容器。

通过前述方法形成的袋350可以是适于保持容纳在其中的组合物400的任何形式和形状，直至希望从可回收的纸阻隔层合体袋350释放组合物400，诸如通过将其撕开。袋350可包括一个隔室或者两个或更多个隔室(即，袋可以是多隔室袋)。在一个实施方案中，可回收的纸阻隔层合体袋350可具有两个或更多个隔室。

在一个实施方案中，可将可回收的纸阻隔层合体密封到没有附接纸的水溶性阻隔膜。这能够形成进入包装的窗口，使得消费者能够看见产品，而不改变包装的可回收性。

袋或其他容器350可容纳单位剂量的来自一系列产品的一种或多种组合物400，所述一系列产品可包括(但不限于)容纳消费产品。如本文所用，“消费产品”是指例如用于毛发护理、美容护理、口腔护理、健康护理、个人清洁和家庭清洁的材料。消费产品的非限制性示例包括洗发剂、调理剂、摩丝、洁面皂、洗手皂、身体皂、液体皂、条形皂、保湿剂、润肤露、剃须液、牙膏、漱口水、发胶、手部消毒剂、衣物洗涤剂组合物、餐具洗涤剂、自动洗碗机洗涤剂组合物、硬质表面清洁剂、去污剂、织物增强剂和/或织物软化剂、化妆品和非处方药物、电子产品、药物、糖果、宠物保健产品、医用大麻衍生产品、工业大麻衍生产品、基于CBD的产品、衍生自非大麻药物的其他产品、维生素、非药物天然/草药“健康”产品、剃刀、吸收制品、擦拭物、发胶、食品和饮料、动物食品产品和新产品形式。本发明的典型吸收制品包括但不限于尿布、成人失禁贴身短内裤、训练裤、尿布固定器、月经垫、失禁垫、衬垫、吸收插件、卫生护垫、棉塞等。

袋350内的组合物400可为任何合适的形式，包括但不限于：粉末、固体泡沫、纤维、固体、颗粒、液体、凝胶、糊剂、霜剂、胶囊剂、丸剂、糖衣丸、固体泡沫、纤维、吸收制品、无纺布等。除了含有小于30％水、更优选地小于20％水的一些糊剂、凝胶、液体产品之外，袋特别适合于干燥产品。本发明的包装和制品耐受消费产品。如本文所用，“耐受”是指包装和制品在设计时在其表面上保持其机械特性和外观而不会经由消费产品扩散穿过包装材料造成包装和制品劣化的能力。

另外的产品形式(制品)包括一次性围裙、洗衣袋、一次性医用床品、皮肤贴片、面罩、一次性手套、一次性医用长袍、医疗设备、皮肤包裹物、农用覆膜、购物袋、填充袋、耐用系统中的可再加载部件、夹层袋、垃圾袋、应急毯和衣物、建筑物/建筑结构包裹物和防潮衬里、用于运输的初级包装诸如信封和邮寄袋、可用于封装衣物例如裙子、衬衫、套装和鞋的非吸收性衣物制品。

多隔室袋350的不同隔室可用于分离不相容的成分。例如，可能需要将干洗发剂和干调理剂或洗衣粉和洗衣添加剂分开到分开的隔室中。

由于水蒸气和氧气阻隔方面的改进，通常用于一些产品中的染料和香料在由可回收的纸阻隔层合体制成的袋内部的稳定性相比于由无阻隔的纸层合体制成的袋应更大。而且，对包装内容纳的油脂、表面活性剂和其他化学物质迁移的阻隔相比于由无阻隔的纸层合体制成的包装可能得到改善。

在包装的寿命结束时，消费者可在常规的纸回收系统中回收包装。结构将在再浆化系统中破碎，使得纸纤维能够被回收。可溶性聚合物将溶解并被过滤掉，将最终生物降解，或者可从回收工厂的废水中回收可溶性聚合物以再次使用。任何阻隔材料都是惰性的、无害的和天然存在的，并且将安全地分散于废水中。然而，如果被丢弃，包装将在6至12个月内生物降解。

为了有利于以及促进包装的可回收性，由本公开的结构制成的包装可包含小于50重量％的油墨、染料、阻隔层、聚合物层、胶和/或合成纤维。油墨、染料、阻隔层、聚合物层、胶和/或合成纤维在包装中的重量百分比可小于50重量％，更优选地小于30重量％，或最优选地小于10重量％，具体列举这些范围内的所有值和由此产生的任何范围。例如，油墨、染料、阻隔层、聚合物层、胶和/或合成纤维在包装材料中的重量百分比可在0.1重量％至50重量％之间，更优选地在0.1重量％至30重量％之间，或最优选地在0.1重量％至10重量％之间，具体列举这些范围内的所有值和由此产生的任何范围。在一个具体示例中，油墨、染料、阻隔层、聚合物层、胶和/或合成纤维的量为5重量％或更少，或在0.1重量％至5重量％之间，具体列举这些范围内的所有值和由此产生的任何范围。

优选的是，由本公开中所述的可回收的纸阻隔层合体制成的所得整体包装包含至少50重量％的天然纤维素纤维，至少70重量％的天然纤维素纤维，或至少90重量％的天然纤维素纤维，具体列举这些范围内的所有值和由此产生的任何范围。

根据本发明的包装的可回收性可通过可回收百分比来确定。根据本发明的纸阻隔层合体可表现出50％或更大、更优选地70％或更大、或最优选地80％或更大的可回收百分比，具体列举这些范围内的所有值和由此产生的任何范围。根据本发明的纸阻隔层合体可具有介于50％至约99％之间、更优选地介于约85％至约99％之间、或最优选地介于约90％至约99％之间的可回收百分比产率。

测试方法

在测试和/或测量材料时，如果相关测试方法未指定特定温度，则在23℃(±3℃)的温度下对试样进行测试和/或测量，其中此类试样被预先调节至该温度。在测试和/或测量材料时，如果相关测试方法未指定特定湿度，则在35％(±5％)的湿度下对试样进行测试和/或测量，其中此类试样被预先调节至该湿度。测试和/或测量应经过培训、熟练且有经验的人员根据良好实验室规范经由适当校准的设备和/或仪器来执行。

1)单个层/整体层合体的厚度

通过经由滑动切片机(例如，Leica SM2010 R)切割膜样品的20μm厚横截面，将其置于光透射模式的光学显微镜(例如，LeicaDiaplan)下，并应用成像分析软件来测量总体膜/单独层的厚度。水分散性纳米片层与水溶性聚合物层形成强烈对比。在邻近水溶性聚合物层的情况下，对比度可通过添加不同的示踪剂诸如0.5重量％的罗丹明B或0.5重量％的二氧化钛纳米颗粒来实现。

2)水蒸气透过率(WVTR)

该测试方法根据ASTM F1249-13在以下测试条件下进行：温度为40℃(±0.56℃)并且相对湿度为50％(±3％)。如果需要热带条件，则将温度设置为38℃(±0.56℃)并且将相对湿度设置为90％(±3％)。水蒸气透过率以g/m

3)生物降解测试

根据OECD化学品测试指南第3节的测试方法301B和测试指南306，通过从样品样本产生二氧化碳(CO

g

*完全成型的袋表示将在环境中被弃置的袋(容纳所有染料和涂层)的最终形式。该袋将被切开以模拟被消费者撕开。

样品应在60天内生物降解至少60％，优选地在28天内生物降解至少60％。

实施例

1.基于纸、聚乙烯醇和科罗塞特钠的可回收的纸阻隔层合体

水性密封层组合物的制备

将1070g去离子水在Thermomix TM5中加热至50℃。在2.5至3.0的搅拌水平加入400g固体PVOH粉末(Selvol 205，得自Sekisui Chemicals，Tokyo，Japan)并将温度设置为85℃。当达到85℃的温度时(在约5分钟内)，将搅拌水平降至1.0至1.5以避免极端发泡。在85℃下持续搅拌30分钟之后，聚合物溶解。并行地，将50g山梨醇和50g甘油与100g去离子水在85℃下混合。然后，将聚合物和增塑剂溶液两者在85℃下以1.0至1.5的搅拌水平混合约5分钟。将溶液在室温下存放过夜以消除任何残留泡沫。

水性阻隔层组合物的制备

将1120g去离子水在Thermomix TM5中加热至50℃。以3.0的搅拌水平加入100g母料糊剂(得自MBN Nanomaterialia的CNaMGH，其由在20％水中剥离的80％得自BYK的科罗塞特钠组成)。科罗塞特是一种天然膨润土，纵横比约为200，而天然Ca

水性层合层组合物的制备

将650g去离子水在Thermomix TM5中加热至50℃。在2.5至3.0的搅拌水平加入400g固体PVOH粉末(Selvol 205，得自Sekisui Chemicals)并将温度设置为85℃。当达到85℃的温度时(在约5分钟内)，将搅拌水平降至1.0至1.5以避免极端发泡。在85℃下持续搅拌30分钟之后，聚合物溶解。并行地，将100g甘油与100g去离子水在85℃下混合。然后，将聚合物和增塑剂溶液两者在85℃下以1.0至1.5的搅拌水平一起混合约5分钟。将溶液在室温下存放过夜以消除任何残留泡沫。

基于纸、聚乙烯醇和科罗塞特钠的可回收的纸阻隔层合体的制备

在一个非限制性实施方案(样品1)中，通过以下方式形成第一水溶性聚合物密封层：经由得自FMP Technology GmbH(Erlangen，Germany)的狭缝模将处于85℃的100μ水性密封层组合物挤涂到未处理的PET载体膜(Hostaphan RN 50-350，得自Mitsubishi，Tokyo，Japan)上，然后经由被设置成95℃的得自FMP Technology的对流干燥机去除水。所得34μ干燥层的组成是80％ Selvol 205(得自Sekisui Chemicals)、10％甘油和10％山梨醇。作为下一步骤，通过以下方式添加水分散性纳米片阻隔层：经由得自FMP Technology的狭缝模将处于50℃的60μ水性阻隔层组合物挤涂到第一单一水溶性聚合物密封层上，然后经由被设置成95℃的得自FMP Technology的对流干燥机去除水。所得4μ干燥层的组成是100％的得自BYK的科罗塞特钠。最后，在Line Laminating&Technology Center(Neuss)，将多层结构层合在可回收的99μ厚度纸等级的内部施胶面上，该纸作为NiklaSelect V天然亚麻布得自Birgl&Bergmeister(B&B)，涂覆有12μ水性层合层组合物。溶液中的水被吸收到纸中。所得5μ干燥层的组成是80％ Selvol 205(得自Sekisui Chemicals)和20％甘油(得自Cremer)。

在另一个非限制性实施方案(样品2)中，通过以下方式形成第一水溶性聚合物密封层：经由得自FMP Technologygmbh的狭缝模将处于85℃的100μ水性密封层组合物挤涂到未处理的PET载体膜(Hostaphan RN 50-350，得自Mitsubishi)上，然后经由被设置成95℃的得自FMP Technology的对流干燥机去除水。所得34μ干燥层的组成是80％ Selvol 205(得自Sekisui Chemicals)、10％甘油和10％山梨醇。作为下一步骤，通过以下方式添加第一水分散性纳米片阻隔子层：经由得自FMP Technology的狭缝模将处于50℃的60μ水性阻隔层组合物挤涂到第一单一水溶性聚合物密封层上，然后经由被设置成95℃的得自FMPTechnology的对流干燥机去除水。所得4μ干燥层的组成是100％的得自BYK的科罗塞特钠。然后通过以下方式添加第二水分散性纳米片阻隔子层：经由得自FMP Technology的狭缝模将处于50℃的60μ水性阻隔层组合物挤涂到第一水分散性纳米片阻隔子层上，然后经由被设置成95℃的得自FMP Technology的对流干燥机去除水。所得1μ干燥层的组成是100％的得自BYK的科罗塞特钠。最后，在Line Laminating&Technology Center(Neuss)，将多层结构层合在可回收的99μ厚度纸等级的内部施胶面上，该纸作为NiklaSelect V天然亚麻布得自Birgl&Bergmeister(B&B)，涂覆有12μ水性层合层组合物。溶液中的水被吸收到纸中。所得5μ干燥层的组成是80％ Selvol 205(得自Sekisui Chemicals)和20％甘油(得自Cremer)。

在另一个非限制性实施方案(样品3)中，通过以下方式形成第一水溶性聚合物密封层：经由得自FMP Technologygmbh的狭缝模将处于85℃的100μ水性密封层组合物挤涂到未处理的PET载体膜(Hostaphan RN 50-350，得自Mitsubishi)上，然后经由被设置成95℃的得自FMP Technology的对流干燥机去除水。所得34μ干燥层的组成是80％ Selvol 205(得自Sekisui Chemicals)、10％甘油和10％山梨醇。作为下一步骤，通过以下方式添加第一水分散性纳米片阻隔子层：在Line Laminating&Technology Center(Neuss)，将处于室温的14μ水性阻隔层组合物辊到辊涂覆到第一单一水溶性聚合物密封层上，然后将水吸收到第一水溶性聚合物层中。所得1μ干燥层的组成是100％的得自BYK的科罗塞特钠。然后通过以下方式添加第二水分散性纳米片阻隔子层：在Line Laminating&Technology Center(Neuss)，将处于室温的14μ水性科罗塞特分散体辊到辊涂覆到第一水分散性纳米片阻隔子层上，然后在一整周内通过蒸发去除水。所得0.5μ干燥层的组成是100％的得自BYK的科罗塞特钠。最后，在Line Laminating&Technology Center(Neuss)，将多层结构层合在可回收的99μ厚度纸等级的内部施胶面上，该纸作为NiklaSelect V天然亚麻布得自Birgl&Bergmeister(B&B)，涂覆有12μ水性层合层组合物。溶液中的水被吸收到纸中。所得5μ干燥层合层的组成是80％的Selvol 205(得自Sekisui Chemicals)和20％的甘油(得自Cremer)。

下表3提供了上述实施方案的阻隔性能(WVTR)。

表3

尽管来自水分散性纳米片单层(样品1)的阻隔性能适用于许多可回收纸质柔性包装应用，但通过将水分散性纳米片单层分成两个子层(样品2)可显著提高阻隔性能。不受理论的限制，据信第二子层掩盖第一子层中存在的任何可能的缺陷。

尽管通过挤涂施加的水分散性纳米片双子层的阻隔性能(样品2)适用于许多可回收纸质柔性包装应用，但经由辊到辊涂覆施加水分散性纳米片双子层(样品3)可显著提高阻隔性能。不受理论的限制，据信辊到辊涂覆方法的增强剪切使科罗塞特纳米片在阻隔层的平面中更好地取向，从而增大阻隔层中的渗透长度并因此增强阻隔性能。

表4提供了上述实施方案的可回收性和生物降解性。

表4

比较例

A.基于纸、聚乙烯醇和蜂蜡的不可回收的纸阻隔层合体

密封层组合物的制备

将聚乙烯醇薄片(Selvo l205，得自Sekisui Chemicals)和山梨糖醇溶液(E420USP/FCC级，得自Archer Daniels Midland，在水中71％ D山梨糖醇含量)泵送到CT-25双螺杆混配机(得自Baker&Perkins，Saginaw，Michigan，USA)中，L/D比为52，共旋转螺杆速度为340rpm，成型温度为25℃(入口)、170℃(熔融和计量区)和150℃(挤出模头)。加入水作为加工助剂并经由真空泵去除水以基本上产生无水聚合物股线。因此对股线进行空冷并切碎以产生80％ PVOH和20％山梨糖醇组合物的粒料。单独地，将聚乙烯醇薄片(Selvol 205，得自Sekisui Chemicals)、甘油(GL99.7USP级，得自Peter Cremer Oleo Division)和硅酸酯抗粘连颗粒(

作为下一步骤，将来自两个批次的粒料各自按重量计量投料50％并投入中试规模流延膜生产线的挤出机料筒中，L/D比为30，设计用于PE共混物的单个30mm直径螺杆。螺杆转速被设置为30rpm，挤出机料筒温度被设置为25℃(入口)、200℃(熔融和计量区)和195℃(挤出模头)。将从狭缝模挤出的聚合物熔体在冷却辊上冷却并压延以产生77％ PVOH、10％甘油、10％山梨醇和3％防粘连组合物的20μm厚膜。因此在恒定张力控制下将膜重新卷绕成膜卷。

阻隔层组合物的制备

蜂蜡(白蜂蜡)灰白色锭剂级442得自Strahl&Pitsch(West Babylon，New York，USA)并按原样使用。熔点在62℃至65℃的范围内。

基于纸、聚乙烯醇和蜂蜡的可回收的纸阻隔层合体的制备

将由Brigl&Bergmeister(Niklasdorf，Austria)提供的80g/m2纸级包装Pro 7.0的一张A4尺寸规格纸的光泽度较差的一面热层合在如以上密封层组合物段落中所述的20μm厚PVOH膜的一张A4尺寸规格片材上。使用得自Sky DSB(Seoul，South Korea)的实验室级设备型号480R6专业层合机进行层合步骤，采用140℃的温度和575mm/分钟的进给速度(1至6级中的设定3，而最大设定6对应于1150mm/分钟)。

作为下一步骤，在更亮、更大尺寸的Pack Pro 7.0纸面上，用蜂蜡涂覆A4尺寸规格的纸层合片。为此，得自Schaefer Machine Company(Clinton，Connecticut，USA)的实验室级设备型号C-14粘合剂蜡涂覆器通过用不同线棒直径的迈耶棒(Mayer bar)替换原始刀片进行改进，从而能够实现不同的熔融蜡涂覆厚度。将孔中的熔融蜡的温度设置为90℃。

下表5提供了上述实施方案的阻隔性能(WVTR)。

表5

尽管12g/m

然而，将蜂蜡施加到纸上的问题是在所期望的湿气渗透阻隔层和所期望的纸可回收性之间的折衷。如下表6所示，所有生产的比较例均没有通过PTS可回收性测试，主要问题是蜡斑被检测为不可接受的光学缺陷，尽管可回收纤维含量高。

表6

本文所公开的量纲和值不应理解为严格限于所引用的精确数值。相反，除非另外指明，否则每个此类量纲旨在表示所述值以及围绕该值功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。

除非明确排除或以其他方式限制，否则本文中引用的每一篇文献，包括任何交叉引用或相关专利或专利申请以及本申请对其要求优先权或其有益效果的任何专利申请或专利，均据此全文以引用方式并入本文。对任何文献的引用不是对其作为与本发明的任何所公开或本文受权利要求书保护的现有技术的认可，或不是对其自身或与任何一个或多个参考文献的组合提出、建议或公开任何此类发明的认可。此外，当本发明中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文献中相同术语的任何含义或定义矛盾时，应当服从在本发明中赋予该术语的含义或定义。

虽然已举例说明和描述了本发明的具体实施方案，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的实质和范围的情况下可作出各种其他变化和修改。因此，本文旨在于所附权利要求书中涵盖属于本发明范围内的所有此类变化和修改。