阻隔纸包装膜

技术领域

本披露涉及纸基包装膜结构。本文所述的结构包括阻隔材料，并且该结构容易通过将纸再制浆来回收。

背景技术

当对高阻隔的要求增加时，增加纸基包装膜的可回收性的目标变得具有挑战性，因为未改性的纸产品本身不具有高阻隔特性。传统上，高阻隔性和可密封性是通过多层膜的方式添加到纸基包装膜中的。该膜含有专用于提供所需的阻隔和密封的层。随着性能需求增加，多层膜中的层数或层的厚度增加，这不利于结构的可回收性，因为纸含量按百分比减少。

通常，当需要高性能的纸基包装膜时，会将相对大量的另外的材料添加到结构中以满足要求。典型地，纸基包装必须具有按重量计至少80％的纤维含量，才能被认为可回收。为了维持纸基包装膜的可回收性，增加纸部件厚度和/或重量，以达到指定包装材料可回收所需的纸含量。这种另外的纸材料的问题在于：1)添加本身是浪费的，以及2)包装膜的另外的体积导致在包装成形设备上的加工问题。膜的厚度和刚度增加通常导致线速度减慢，因为膜更难以拉过成形套环。包装膜还可能更难以密封，因为另外的纸重量往往会吸收密封棒的热量和/或甚至阻碍压力施加。需要一种解决方案来消除这些缺点。

发明内容

本文披露了具有高阻隔特性和优异的密封性能、同时在纸的回收过程中维持可回收性的包装膜。这些包装膜是基于纸部件并且包含少量的非纤维基材料(即少量的非纸材料)以实现高阻隔特性和优异的密封性能。

本文披露了纸基包装膜，其包括：包含纤维基部件的第一层，包含具有厚度为2微米至8微米的聚合物膜(该聚合物膜涂覆有包含金属、金属氧化物或无机氧化物的阻隔材料)的第二层，包含可密封聚合物的第三层，以及位于第一层与第二层之间的粘合剂层(该粘合剂层包含水溶性粘合剂)。第二层位于第一层与第三层之间，阻隔材料位于聚合物膜与第一层之间。在一些实施例中，第二层的聚合物膜包括取向聚酯膜、取向聚乳酸膜、聚酯、聚乳酸、乙烯乙烯醇共聚物以及聚乙烯醇共聚物中的至少一种。在一些实施例中，纸基包装膜的总组成具有按重量计大于80％、大于85％、大于90％、或大于95％的纤维含量。

在一些实施例中，水溶性粘合剂是酪蛋白基粘合剂。在一些实施例中，第一层包含回收纸。在一些实施例中，阻隔层是SiOx或AlOx。在一些实施例中，阻隔层包含SiOx或AlOx。在一些实施例中，阻隔层是金属化涂层。在一些实施例中，阻隔层包括金属化涂层。

纸基包装膜的第一层可以是外层。纸基包装膜的第三层也可以是外层。可以将第三层直接施加到第二层。

在纸基包装膜的一些实施例中，第三层是可剥离的热密封漆。在纸基包装膜的一些实施例中，第三层是图案热密封件或冷密封件。

本文还披露了包括由纸基包装膜形成或由纸基包装膜构成的气密密封包装。

附图说明

结合附图考虑以下对本披露的各实施例的详细描述，可以更充分地理解本披露，在附图中：

图1是纸基包装膜的第一实施例的截面图；

图2是纸基包装膜的第二实施例的截面图；并且

图3和图4是气密密封包装的实施例的透视图。

附图示出了一些但并非所有的实施例。附图中描绘的元件是说明性的并且不一定按比例绘制，并且相同的(或类似的)附图标记在整个附图中代表相同的(或类似的)特征。

具体实施方式

本文中提供了可以克服先前提供的膜的缺点的纸基包装膜。将膜独特地设计以提供具有以下的重要组合：1)可回收性(高的纸含量)2)易于包装转换，以及3)高阻隔。高阻隔是通过使用薄的涂覆有阻隔材料的聚合物膜实现的。这种层和材料的独特组合允许总体高的纸含量和低厚度，导致在包装设备上优异的运行性能(即高运行速度)。

本文还提供了包括高的纸含量的纸基包装膜的气密密封包装。纸基包装膜的设计允许对其自身或其他包装部件进行气密密封，同时保持具有最小厚度的可回收包装结构。

纸基包装膜的两个实施例示于图1和图2中。图1中示出的纸基包装膜100包括第一层110，该层通过粘合剂层150连接至第二层125。第二层125包含聚合物膜120和阻隔材料130。阻隔材料在聚合物膜与第一层110之间。此外，包装膜100包括第三层140，其连接至第二层125的聚合物膜120部分。在该实施例中，第一层110和第三层140各自是外层。如将论述的，当配置为包装时，第一层110是暴露于环境的外部表面，并且第三层140是暴露于包装产品的内部表面。

图2中示出的纸基包装膜200与图1的不同之处在于第三层240是图案化的。图2中示出的纸基包装膜200包括第一层210，该层通过粘合剂层250连接至第二层225。第二层225包含聚合物膜220和阻隔材料230。阻隔材料在聚合物膜与第一层210之间。此外，包装膜200包括第三层240，其连接至第二层225的聚合物膜220部分。第三层240是图案化的(即，不连续层)并且仅覆盖了聚合物膜220的表面的一部分。在该实施例中，第一层210和第三层240各自是外层。如将论述的，当配置为包装时，第一层210是暴露于环境的外部表面，并且聚合物膜220和第三层240的组合是暴露于包装产品的内部表面。

本文所述的包装膜包括纤维基材料、聚合物膜、阻隔材料、粘合剂和可密封聚合物，其中每种是均根据本文要揭示的细节。纸基包装膜可以包括另外的层。这些材料的组合可以被描述为多层膜(例如，结构、层压物)。如本文使用的，术语“层”是指膜的结构单元。层可以是单一材料类型或材料的均匀共混物的结构。层可以是单一材料，单一材料类型的材料的共混物或各种材料的共混物，可以含有金属材料并可以具有添加剂。层还可以具有子层或甚至在其中的膜层。层可以与膜连续或可以是不连续或图案化的。与长度和宽度(x-y方向)相比，层和膜二者具有相对微不足道的厚度(z-方向)。

所有层和膜都具有两个由x-y平面定义的彼此相反的主表面。如本文使用的，提及“外层”是指在膜的任一主表面上的膜层，即不在所述膜的两个其他层之间的层。膜具有外部表面，其成为其中使用膜的包装的外部。在外部表面的外层是外部层。当形成包装时，膜的外部表面和外部层暴露于环境中。膜具有内部表面，其成为其中使用膜的包装的内部。在内部表面的外层是内部层。当形成包装时，使用内部表面和内部层用于形成密封并暴露于包装产品。

纸基包装膜的第一层含有纤维基材料。如本文使用的，术语“纤维基”是指包括可以是纸的一部分的任何涂料或添加剂的纸。第一层可以由纸构成。第一层是纸基包装膜的外层。纸部件通常是位于外部表面的包装膜的外层(即，纸部件是外部层)。虽然纸部件是外层，但是与纸的外部表面相邻或在纸的外部表面上可能有另外的组分，如油墨或面漆。该纸可以是任何类型的纸，其具有20g/m

常规地，由于可能存在潜在迁移的化学品，在柔性包装中使用的纸基材料不含有任何回收的成分。如果在柔性包装材料中引入回收纸成分，它可以与化学阻隔层结合，以防止这些化学品的迁移。有利地，本文所述的纸基包装膜的一些实施例可以包括含有回收纸成分的第一层、薄膜阻隔层和密封层，从而提供先前无法获得的特性的组合。这些特性包括：1)回收成分(回收纸)，2)食品安全(包括功能阻隔)，3)可回收结构(由于薄膜阻隔，>80％、>85％、或>90％的纤维含量)，以及4)可气密热密封(密封层)。根据SVI指南，与起始浓度相比，如果突破浓度低于1％，则阻隔是有效的。

本文披露的纸基包装膜包括第二层，该层包括聚合物膜。有利地，该聚合物膜非常薄。聚合物膜可以具有大于2微米、大于3微米、或大于4微米的厚度。聚合物膜可以具有小于8微米、小于7微米、或小于6微米的厚度。例如，聚合物膜可以具有2微米至8微米、或2微米至6微米的厚度。优选地，聚合物膜具有4微米至8微米的厚度。

聚合物膜优选地含有聚酯、聚乳酸(PLA)、聚酰胺、乙烯乙烯醇共聚物、或聚乙烯醇共聚物中的一种或多种。聚合物膜可以是取向膜，如但不限于双轴取向聚酯(BOPET)、双轴取向聚酰胺(BOPA)、或取向聚乳酸(OPLA)。聚合物膜可以是单层或多层。聚合物膜可以是非取向材料，如但不限于非取向PLA。聚合物膜可以是双轴取向或单轴取向的。

第二层的聚合物膜涂覆有阻隔材料。阻隔材料可以直接涂覆到聚合物膜上，或者在阻隔材料与聚合物膜之间可以有底漆层。阻隔材料位于聚合物膜与第一层之间。阻隔材料可以提供减少氧气、水分、或氧气和水分两者的透过。当进一步加工成纸膜层压物时，阻隔层可以由提供更坚固结构的另外的层保护。所选择的面漆必须对阻隔材料表面和使用的粘合剂具有良好的粘附。

纸基包装膜的聚合物膜和阻隔材料各自与纸部件共延。阻隔材料可以是金属，如薄沉积的铝。阻隔材料可以是透明金属氧化物涂层或无机氧化物涂层，如氧化铝(AlOx)或氧化硅(SiOx)。阻隔材料可以是多层的并含有不同层的阻隔材料。阻隔材料可以包括聚合物材料，如聚酰胺、乙烯乙烯醇共聚物、或聚乙烯醇共聚物。阻隔材料可以是多种阻隔材料的共混物。

诸位发明人已经生产并发现有用的聚合物膜和阻隔材料的组合包括：SiOx涂覆的OPET、SiOx涂覆的BOPP、AlOx涂覆的OPET、AlOx涂覆的BOPP、铝金属涂覆的OPET、以及铝金属涂覆的BOPP。在以下的实例和数据部分中，可以发现对不同实例以及观察到的对氧气和水分的阻隔特性的概述。

在一些实施例中，含有涂覆在聚合物膜上的阻隔材料的纸基包装膜具有小于5cm

纸基包装膜包括将第一层粘结到第二层的粘合剂层。该粘合剂层可以与第一层的纸直接接触。该粘合剂层可以与第二层的阻隔材料直接接触。粘合剂可以通过任何已知的纸幅对纸幅层压的方式施加，如干粘结层压、湿粘结层压或热层压。粘合剂可以具有在0.5g/m

如本文使用的，术语“基重”用于指在膜或层的给定总面积中材料的按重量计的量。典型地，定义的面积是平方米，但可以使用任何面积。该面积被定义为膜或层的长度-宽度(即，x-y方向)。如果给定厚度(z-方向)和密度的材料覆盖了所定义的面积(即，平方米)，则其具有特定的重量。这就是基重。基重用于纸，因为纸的密度可以广泛地变化，这意味着通过厚度定义纸可能是困难的。以不连续层施加的材料，如图案化的可密封材料，可以由基重来定义。在图案的情况下，基重是指施加的材料的量，就好像其覆盖了所定义的面积。使用基重来定义材料如纸和图案化的材料在膜转换行业中是常见的。

粘合剂层含有水溶性的粘合剂。如本文使用的，术语“水溶性”意指在长时间暴露于或浸入液态水中后，粘合剂失去其粘合和/或粘着特性，从而在再制浆工艺期间使纸部件能够与包装膜结构的其余部分分层(即，分离)。可以在纸部件与阻隔层之间的粘合剂层内使用的材料的实例包括但不限于酪蛋白基粘合剂(即乳胶/酪蛋白共混物)、淀粉、糖衍生物、纤维素、氨基树脂、(聚)丙烯酸酯、聚乙烯醇(PVOH)、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸、马来酸改性的乙烯共聚物、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羧基官能聚酯、聚丁二酸乙二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、离聚物或亲水聚氨酯。

纸基包装膜还包括作为在内部表面的外层的第三层。第三层含有可密封的聚合物。第三层可以与第一层连续，或者它可以是图案化的。如本文使用的，术语“图案化”意指层与包装膜不连续。如果图案化，则可密封的材料通常仅施加到包装膜的涉及通过密封封闭包装的区域。可密封材料可以施加到大于5％、大于10％、或大于15％的聚合物膜的表面上。可密封材料可以施加到小于30％、小于25％、或小于20％的聚合物膜上。结果，如果可密封材料是图案化的，则纸基包装膜的内部表面部分是聚合物膜表面并且部分是可密封材料。例如，纸基膜的内部表面可以是大约80％的聚合物膜和20％的可密封材料。内部表面可以仅由可密封材料构成、或由聚合物膜和可密封材料的组合构成。

纸基包装膜的可密封材料可以具有将允许形成热密封件的组成，从而形成气密包装。如本文使用的，术语“热密封件”、“可热密封”或“热密封的”是指通过施加热和压力两者，两个或更多个表面已经或可以粘结在一起。热密封是用于制造包装熟知的并且常用的工艺，并且为本领域技术人员所熟悉。在热密封期间，密封层由于施加热而软化，从而形成热密封粘结。由于热量必须穿过整个包装膜以提升可密封材料的温度，并且纸部件通常吸收大部分的热量，因此如果可热密封材料在相对低的温度下软化并密封，则是有利的。降低密封起始温度(SIT)能够加快包装线速度。例如，纸基包装膜的一些实施例可以包括展现出小于110℃、小于100℃、或小于90℃的SIT的可热密封材料。可能的可热密封材料可以基于但不限于丙烯酸酯共聚物、PET、PE、PP、或热熔融物(蜡基)。

可密封材料可以可替代地是压敏冷密封件。纸基包装膜的该实施例是有利的，因为形成该包装不需要加热。这对于热敏产品如冰淇淋或巧克力的包装是可能有利的。纸基包装膜的实施例可以包括基于但不限于天然或合成的聚异戊二烯乳胶、或苯乙烯-丁二烯共聚物乳胶的压敏冷密封系统。冷密封材料可以是包含丙烯酸酯和/或增粘剂的共混物。

在一些实施例中，可密封材料是产生可剥离密封的材料。如本文使用的，“可剥离密封件”是可以手动打开而不会显著损害包装膜的完整性的那些。可密封材料可以是可以剥离打开的冷密封或者它可以是可以剥离打开的热密封件。可密封材料可以是可剥离热密封漆。

可密封材料可以以允许用于气密密封的厚度来施加。可密封材料可以以大于2g/m

在一些实施例中，第三层可以具有约10微米至约50微米的厚度。

在其他实施例中，第三层可以是结合到取向膜的薄层。例如，纸基包装膜可以含有涂覆有SiOx涂层的BOPP膜。BOPP膜可以是多层，这些层的至少一个用作第二层的聚合物膜，并且至少一个不同的层具有密封特性并且用作第三层。

如本文所述，纸基包装膜的“总组成”是指其中包括的所有材料。纸基包装膜的总组成应该包括按重量计大于80％、大于85％、大于90％、或大于95％的纤维含量。纸基包装膜的总组成应该包括按重量计小于99％、小于98％、小于97％、或小于96％的纤维含量。例如，纸基包装膜的纸部件可以在总组成的按重量计85％与98％之间。

纸基包装膜的厚度范围为30至200μm。

当将压敏冷密封材料用作可密封材料时，可以将防粘漆(release lacquer)添加到纸部件的外部表面(即纸基包装膜的外部表面)。当膜呈卷形式时，该漆防止冷密封材料粘附到纸部件上。防粘漆典型地由聚酰胺基质与一些蜡添加剂组成。水基防粘漆有利于从结构的非密封侧释放涂料和油墨。

纸基包装膜还可以包括位于纸基包装膜的外部表面的油墨。油墨的类型和油墨的量可以在符合当地纸回收指南的范围内变化。

纸基包装膜可以用于生产密封包装，如图3和图4中示出的那些。图3示出了呈包括底部角撑板的自立袋构造的包装10。包装10完全是由纸基包装膜100形成的。图4示出了呈流动包裹包装构造的包装20。包装10完全是由纸基包装膜200形成的。其他包装样式包括但不限于小包或小袋。其他多部件包装构造如杯和盖构造，其中盖是层压纸，并且杯是另一种材料，还可以受益于本文披露的纸基包装膜。

实例和数据

本发明的实例1A、1B、1C、1D和1E是用作水平流动包裹材料的层压物，并且如以下所述测试。阻隔结果可见于表1。

本发明的实例1A通过将67g/m

以与本发明的实例1A类似的方式生产本发明的实例1B，但使用50g/m

以与本发明的实例1A类似的方式生产本发明的实例1C，但使用SiOx涂覆的8微米OPET膜代替金属化的BOPP膜。将OPET膜的SiOx涂覆侧面向纸进行层压，并且将冷密封材料图案涂覆到层压物的OPET侧上。

本发明的实例1D通过将50g/m

以与本发明的实例2A类似的方式生产本发明的实例1E，但热密封增加到大约9g/m

表1：本发明的实例和观察到的阻隔特性的概述

除了对氧气和水分的阻隔之外，对矿物油的阻隔也是通过使用具有由含有极性基团的聚合物如OPET构成的薄膜提供的。本发明的实例2A通过将50g/m

表2使用供体(钉状纸板(spike cardboard))且Tenax作为受体在60℃下进行10天的迁移测试。使用GC/MS测量浓度的增加。低于1％表明对那种类型的化学品的阻隔是足够的。十七烷(C17)MOSH-标记物、甲基二苯甲酮(MBP)、邻苯二甲酸二丙酯(DPP)、蒽和苝(MOAH标记物)。