包装层压板,其制造方法及由该包装层压板制造的包装容器的制作方法

专利名称：包装层压板,其制造方法及由该包装层压板制造的包装容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包装层压板，包括带有穿透孔、开口或裂缝的纸或硬纸板芯层，施涂在芯层的一个外侧的热塑性塑料层，施涂在芯层另一侧即内侧的铝箔，该铝箔在整个层压板中延展，并且通过一个热塑性塑料中间层粘结在芯层上，两层热塑性塑料层均在整个层压板中延展并且在孔区域内相互密封形成铝箔和热塑性塑料的膜，以及一层或多层施涂在铝箔的另一侧即内侧的热塑性塑料层。
背景技术：
用于液体食品的一次性抛弃型包装容器通常是由上述类型的包装材料生产的。一种这类常用的包装容器是以商标Tetra Brik Aseptic上市的并且主要用于液体食品如牛奶、果汁等。这种已知包装容器中的包装材料典型地包括纸或纸板芯层和不漏液体的热塑性塑料外层。为了使包装容器不漏光和不漏气，特别是不漏氧气，例如出于无菌包装和包装果汁的目的，在这些包装容器中的材料通常具有至少一个附加层，最常用的是铝箔，铝箔还可通过感应热密封(inductivethermosealing)使包装材料热密封，感应热密封是一种在容器生产期间获得机械强度高、不漏液、不漏气密封接点或接缝的快速、有效的密封技术。
包装容器一般是通过现代包装机生产的，这种类型的包装机由卷材或包装材料预制坯开始成形、填充并密封包装。由例如卷材生产包装容器是这样进行的通过使卷材的两个纵向边缘在重叠接缝处彼此结合而将卷材改形为管。在该管中填充预期的液体食品，并通过在管中物料水平之下彼此相距一定的距离反复横向密封管而分割为单独的包装。通过横向密封上的切口将包装与管分离，并赋予希望的几何形状，通常通过沿着包装材料上的预留折线折叠成形为平行六面体(parallelepipedic)。
在现有技术中，用于这类包装的包装层压板通常具有一个最内侧的内热塑性塑料热封层，最常用的是低密度聚乙稀(LDPE)的，它通常具有足够用于热封和用于起阻挡包装中填充的液体物料的潮气阻挡层作用的性能。
最内侧或内侧层是指施涂在与由层压板形成的包装容器的内侧相对的包装层压板面的层，该层将直接与填充包装容器的填充物料相接触。
从消费者的观点来看，希望当弄空包装中的物料时，包装容器易于操作且易于开启，为了满足这一要求，包装容器经常配有某些类型的开启装置，借助于它可以容易地开启而无需使用剪刀或其它工具。
常用于这种包装容器的开启装置包括在包装壁的芯层冲压出的孔，该孔在包装壁的内侧和外侧分别被在贯穿孔的开启线区域相互密封的包装外层覆盖，由此形成一个非纸板的层膜。现有技术开启装置的一个实例具有一个分离的易拉环或开启带，它施加在孔上并且可被破坏性地沿着孔的整个开启线周围的密封接缝密封到包装壁外侧的外层上并同时永久性地密封到孔开启线内部区域中的外层上。
在更先进的开启设计中，将一个通常为模塑塑料的带有一个倾倒口和一个用于再密封的螺旋盖的开启装置施加在孔区和四周，该开启装置设计为通过推进或旋进动作穿透或除去孔区内的膜，或者通过旋起和/或拉起开启装置的动作除去膜。在后一种开启装置中，开启装置的可旋转部分的内侧粘结在孔膜上，以这种方式当向上旋离包装壁时，膜沿着可旋转部分被拎起并从孔的边缘被撕破，留下一个几乎是轮廓鲜明的孔供从包装中倒出所装的物料。
特别地，后一种开启设计可起到类似瓶子螺旋盖的作用并且通常是所希望的，因为它可避免将残余膜经孔被推进包装和充装的产品中。
这种开启设计能有效且有利地发挥作用的前提在于膜的不同层之间的粘结要足够，以便当在进行开启操作时对其施加旋起和/或拉起力、或旋进和/或推进力时它不子层。
一般难以获得这种在孔区内的足够粘结，因为当将膜的铝箔和热塑性塑料层层压在一起时，孔区与孔外区域之间的总层压板厚度不同。当在层压台中使层压层卷材通过压辊隙时，通过压力辊和冷却滚筒压制该层使其相互粘结在一起。在孔或裂缝限定的区域，压辊隙不能充分将铝箔和聚合物层压制在一起以获得需要的粘结性。
因此，芯层厚度的变化可能引起较薄的铝箔在整个由孔限定的区域内不能被充分压制和粘结到热塑性塑料周围的层上，这意味着空气将被夹陷在孔的边缘附近。这反过来意味着在铝箔中可能形成裂纹，这可能导致包装容器的不漏气性被削弱，并因此殃及被包装食品的颜色、味道和营养价值。另外，包装的完整性可能被削弱，这反过来可能干扰包装的无菌性能。
空气陷入还将导致难以撕掉或穿透孔或裂缝处由铝箔和聚合物薄膜组成的膜，当穿透时开启包装的能力受到限制和/或不可能得到整齐的切口，导致形成磨损的边缘。
迄今借助一种压辊，这些问题已被消除或至少被降低到可接受的水平，所述压辊包括一个具有环形滚筒夹套表面的金属芯，所述夹套表面与一个内面层和一个外面层相对，所述内面层由具有第一硬度和第一厚度的弹性材料组成，该弹性材料位于该内面层的外侧，所述外面层由具有第二硬度和第二厚度的弹性材料组成，第一硬度大于第二硬度，第一厚度大于第二厚度。以肖氏A计算，优选第一硬度比第二硬度大至少15％，更优选大20％，且最优选大25％，外面层的硬度为50-80肖氏A，优选为60-75肖氏A。优选第二厚度为第一和第二厚度总和的5-25％，更优选为7-20％，且最优选为8-15％。优选第二厚度为1-10mm，更优选为1-5mm，且最优选为1-3mm。
这种压辊已记载于也属于本申请申请人的单独的未决申请WO01/02751中。
由于外面层具有较低的硬度，当芯层、铝箔和聚合物层通过压辊隙时，可以在芯层的孔区获得所需的穿透，同时由于较软的外面层较薄的厚度使得压辊隙长度不能被显著延长，意味着在压辊隙中保持所需压力同时仍然保持高的线载荷。内面层和外面层可以由相同或不同的弹性材料，例如橡胶或聚氨酯材料制成。
所述压辊应该用于至少一个内层的层压台和/或用于铝箔和中间粘结层的层压台中。它也可用于将热塑性塑料层层压在纸板芯层的外侧。
为了上述开启装置，特别是通过旋拉动作而发挥作用的开启装置，通常通过粘性聚合物的粘结层将最内侧的热封LDPE层粘结在铝箔上，所述粘性聚合物为例如接枝改性的聚烯烃或乙烯和(甲基)丙烯酸的共聚物或离子交联聚合物。
近些年来，对包括乙烯-α-烯烃共聚物类的最内层在包装层压板中的应用的兴趣与日俱增，这类共聚物是在茂金属催化剂存在下聚合的，即茂金属聚乙烯(以下表示为m-PE)，通常是一类线性低密度聚乙烯(m-LLDPE)。
与普通LDPE相比，茂金属聚合的聚乙烯一般具有诸如改进的抗撕裂性和抗冲压性、韧性、冲击强度、透明性、防粘性和热封性能等希望的性能。因此，在制造包装容器时，高度希望在最内密封层中能够使用m-PE，以便改进包装的完整性和密封性能。
包装的完整性一般是指包装的耐久性，即包装容器的抗漏性。这可通过在第一步中测定穿过包装的包装层压板的电导率以显示在内侧热塑性塑料层中是否存在任何种类的孔或裂缝而进行试验。在第二步中，进一步通过将包装层压板浸没在红墨水溶液中而研究孔或裂缝的尺寸和形状，由此纸板芯层将在孔或裂缝处及其周围被染红。结果以3000个试验包装中发生泄漏的容器数目进行报告。但是，试验结果并非机械地表示容器真正泄漏所填充的物料，因为该试验方法比较严格，并且显示的将是在真正的日常储存和使用中通常可能不会引起问题的非常细微的裂缝。一般而言，已经发现通过在最内密封层中使用m-PE代替LDPE，即使使用比LDPE更薄的m-PE层，在包装完整性方面也能获得至少等同的可靠性。
密封性能是指在温度间隔或供能间隔内可以适当热封的能力。在通常的Tetra Brik Aseptic型平行六面体包装容器中存在例如三种热封，即管的横向密封、沿着管的纵向重叠密封和在管的内侧在纵向密封之上及沿着纵向密封的纵向带的密封。横向密封涉及包装层压板的双重厚度，要求最高的密封能量。一般而言，已经发现，用于m-PE的在其间进行适当密封的“窗口”或温度和供能间隔比用于常规LDPE热封内层的要大。例如，在通过感应密封进行密封包装的Tetra BrikAseptic填充机(例如TBA/8)中，供给感应加热装置的能量是以刻度单位测定的。试验结果是以刻度单位范围报告的，在该范围中进行了适当的密封。因此，对于与相当的LDPE内部材料可比的m-PE内部材料，所报告的用于横向密封的刻度单位范围要宽得多。这意味着精确调节填充机密封部分的温度设定将不是至关重要的，温度设定通常是由人在记录簿和包装设备上进行操作的，并且密封操作将更可靠且对密封工具的温度波动不太敏感。
因此，通过将上述包装层压板中最内侧的热塑性塑料层由传统的LDPE变换为主要包括m-PE的层，可以改善或者在较低含量的可热封聚合物下保持热封性能以及包装完整性。
但是，当在常规包装层压板的最内层使用m-PE替代常规LDPE时，开启装置的可开启性显著变差。当开启该开启装置时，由于膜的旋转和/或拉拽动作，铝箔和最内热塑性塑料层之间，即铝箔和包含粘性聚合物的层之间的膜会突然破裂，结果部分膜留下来覆盖着孔，阻止包装中的物料倒出。这一问题似乎是由铝箔和与铝箔内侧邻近的粘性聚合物层之间不充分的粘结引起的。
该问题已经在也属于本申请申请人的一个共同未决发明申请中通过一种包装层压板得到了解决，所述层压板包括带有穿透孔、开口或裂缝的纸或硬纸板芯层，施涂在芯层的一个外侧的热塑性塑料层，施涂在芯层另一侧即内侧的铝箔，该铝箔在整个层压板中延展，并且通过一个热塑性塑料中间层粘结在芯层上，两层热塑性塑料层均在整个层压板中延展并且在孔区域内相互密封形成铝箔和热塑性塑料的膜，以及施涂在铝箔的另一侧即内侧的一种或多种热塑性材料的层，其中一种或多种热塑性材料的层包括三层子层(part-layer)施涂在铝箔上的第一粘结子层，低密度聚乙烯(LDPE)的第二中间子层，和主要包括在茂金属催化剂存在下聚合的所谓的茂金属聚乙烯(m-PE)的乙烯-α-烯烃共聚物的第三最内子层。
通过这种具有三层子层内部结构的包装层压板，其中三子层依次分别包括粘性聚合物、LDPE和m-PE，为带有开启装置的包装容器提供了改进的密封性和包装完整性以及所需的可开启性，所述开启装置在开启时从预先层压的芯层的孔区除去铝箔和热塑性塑料的层压层的膜。
这种包装层压板特别适用于牛奶和其他食品的无菌包装。
一般而言在包装的最内层使用m-PE替代LDPE，可以期望改进密封性和包装完整性，因为m-PE品种的这些性能是本领域技术人员已知的。改进还可理解为当热封聚合物的量在保持包装完整性时可以减少。
但是，通过在内层使用m-PE，与使用LDPE时相比，以上定义的可开启性会显著变差，并且据信m-PE的强度在开启时变得太高以致在开启处的最弱点将位于铝箔和粘性聚合物层之间的界面上，这就是在这些层之间发生子层而不是整个除去孔膜的原因。
根据对比例，其中铝箔内侧的热塑性塑料结构包括粘性聚合物的第一层和LDPE或m-PE的第二内层，m-PE品种在孔区留下明显更多的残留膜，而LDPE品种则得到良好的轮廓鲜明的开孔。
因此，本发明者逐渐地发展了一种理论，即确保在开启处膜的最弱点不位于膜层之间的界面上是重要的。从孔周边的包装层压板中挣脱膜所需的力应不大于层间，特别是粘结层与铝箔之间的粘结力，因为在进行与本发明相关的研发工作期间通常显示这是最弱点。为了从层间界面中剔除最弱点，有两点被认为是重要的。
首先，铝箔与粘性聚合物层之间的粘结力应该高于一定水平，例如，这是也已经发现必须使用粘性聚合物层与铝箔接触的原因，但是这种量度方法本身也是不充分的。除了其他提高粘结性的方法外，粘性聚合物的选择也可发挥作用。
其次，从孔周边的包装层压板中撕掉膜所需的力应该与上述粘结力相平衡，即沿着孔周边的包装层压板中的层平面，密封层(LDPE/m-PE)的强度应该低于某一与铝箔和粘结层间粘结强度有关的水平。
再者，应该平衡关于可开启性的这两点考虑，以满足在密封层中使用m-PE来改进密封和包装完整性的要求。
在研究该理论时，出乎意料地发现共挤压涂布的包含m-PE的最内层与LDPE中间层和施涂在铝箔上的粘性聚合物层的结合能够获得上述适当的可开启性，同时获得改进的密封性和改进或保持的包装完整性。
在一个试验系列中，比较了具有两层内部结构的包装层压板和具有三层内部结构的包装层压板。
包装层压板的结构包括约16g/m2的LDPE外层、纸板芯层、约23g/m2的LDPE中间粘结层、铝箔和内部结构。两层内部结构包括施涂在铝箔上的约6g/m2的粘性乙烯-丙烯酸共聚物层和紧贴着粘结层施涂的包含约20g/m2量m-PE的最内层。三层内部结构包括施涂在铝箔上的约6g/m2的粘性乙烯-丙烯酸共聚物层、约10g/m2的LDPE中间层和紧贴着中间层施涂的包含约10g/m2量m-PE的最内层。结果显示三层品种在通过旋起和拉起联合动作除去膜的螺旋盖型开启装置中可开启性得到显著改进。从两层内部包装层压板看，几乎所有在室温开启的包装都显示了铝箔和粘结层之间的子层。在冰箱温度下的结果大致相同。但是，从三层内部包装层压板看，很少有包装显示出铝箔和粘结层之间的子层(在室温和冰箱温度下均是50个中有8个)。来自这一早期试验系列的结果一直在通过优化层压板结构和层压方法而进行着进一步的改进。
但是，本发明预计解决的问题是对于更活泼或酸性食品，例如果汁的长期包装和储存，由于游离脂肪酸从填充产品中穿过热塑性材料内层迁移进入铝箔和相邻粘性聚合物层之间的界面，层间粘结性将随着时间而下降。即使包装容器在开始制造并填充时粘结性很高，铝箔和相邻粘性聚合物层之间的粘结性以及包装容器的可开启性在经过较长时间，例如几个月或一年之后，也会显著下降。长期储存是指充装了果汁的无菌包装容器在果汁没有失去其营养价值和味道之前，于环境温度正常情况下应该能够保存的大段时间。正常情况下该时间至少为6个月，优选至少为1年。

发明内容
因此，本发明的目的是克服或减轻上述问题。
本发明的一个目的是提供具有改进的密封性的包装层压板，它具有一个带有冲压孔、开口或裂缝的芯层，提供用于长期储存果汁的包装容器的良好可开启性，并且适用于这样的开启装置该开启装置设计为在进行开启操作时，从芯层的冲压孔区域除去铝箔和热塑性塑料层压层的膜。
本发明的另一个目的是提供具有改进的密封性能的包装层压板，以制造改进或保持包装完整性的适用于长期储存果汁的无菌、不漏气包装容器，该包装容器适用于这样的开启装置该开启装置设计为在进行开启操作时，从芯层的冲压孔区域除去铝箔和热塑性塑料层压层的膜。
本发明一个特殊的目的是提供这样一种包装层压板，当其用于包装果汁等时，能够保持铝箔和施涂在铝箔内侧的相邻粘性聚合物层之间的粘结性。
本发明的另一个目的是提供这样一种包装层压板，能够阻挡游离脂肪酸从包装的填充物料中迁移进入包装层压板和铝箔与相邻粘性聚合物层之间的界面内。
根据本发明通过所附权利要求1中限定的包装层压板来实现这些目的。根据本发明的包装层压板的优选和有利的实施方案进一步在所附的从属权利要求2-9中给出特征。
因此，根据本发明通过一种包装层压板来实现这些目的，所述层压板包括带有穿透孔、开口或裂缝的纸或硬纸板芯层，施涂在芯层的一个外侧的热塑性塑料层，施涂在芯层另一侧即内侧的铝箔，该铝箔在整个层压板中延展，并且通过一个热塑性塑料中间层粘结在芯层上，两层热塑性塑料层均在整个层压板中延展并且在孔区域内相互密封形成铝箔和热塑性塑料的膜，以及施涂在铝箔的另一侧即内侧的一层或多层热塑性材料层，其中一层或多层热塑性材料层包括至少一层与铝箔相邻施涂的粘结子层，包括提供阻挡游离脂肪酸迁移性能的材料的中间子层，和主要包括所谓茂金属聚乙烯(m-PE)，即在茂金属催化剂存在下聚合的乙烯-α-烯烃共聚物的最内子层。
根据一个优选实施方案，中间子层包括一种环烯烃共聚物(COC)，优选为COC与聚乙烯的共混物。
根据另一个优选实施方案，中间子层包括一种聚乙烯与精细分散的填料的共混物。
最内子层的乙烯-α-烯烃共聚物是在包含茂过渡金属化合物的单活性中心催化剂存在下聚合的。乙烯-α-烯烃共聚物(m-PE)通常为线性低密度聚乙烯，即m-LLDPE。本发明所用m-PE的密度为约0.865-约0.935，优选约0.890-约0.925，更优选约0.900-约0.915g/cm3，在190℃、2.16kg(ASTM 1278)下的熔融(流动)指数(MI)为约1-约20，优选约10-约20g/10min。共聚α-烯烃含有4-8个碳原子，选自1-丁烯、1-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-庚烯或1-辛烯，并且通常的共聚量为约15wt％或更低。
优选，在提供阻挡游离脂肪酸迁移穿过包装层压板性能的材料是COC聚合物的情况下，最内子层中所用m-PE是为了提供中间子层与最内子层之间相容性的m-LLDPE。
优选，并且特别是在m-PE为线性聚乙烯的情况下，有利地将m-PE与LDPE共混以获得要求的加工性能，诸如熔融弹性(meltelasticity)、应变硬化和剪切稀化等性能。优选最内层包括m-PE与约20wt％至最高少于50wt％LDPE，最优选与约30wt％至约40wt％LDPE的共混物。一般而言，m-PE与LDPE的共混物应该属于这些范围，因为包含80wt％以上m-PE的共混物倾向于在熔融挤压过程中变得更难以处理，而包含50wt％以下m-PE的共混物倾向于失去使用m-PE所带来的有利性能。用于本发明包装层压板目的的最佳共混物中LDPE的含量为约30wt％至约40wt％。
根据本发明，优选含有粘性聚合物的粘结子层包括马来酸酐接枝改性的聚烯烃，更优选马来酸酐接枝改性的线性低密度聚乙烯(MAH-g-LLDPE)。这种接枝改性的聚烯烃的实例以Bynel或Admer品名买卖。同样其他的改性聚烯烃也可用作本发明的粘性聚合物，例如乙烯和(甲基)丙烯酸(EAA或EMAA)的共聚物。这种聚合物的实例以Primacor、Escor等品名买卖，但这些不是优选的。MAH-g-型改性线性聚乙烯似乎为本发明的特殊包装层压板提供了最好的粘结结果。一种可能的替代品是以Surlyn品名买卖的离子交联聚合物型粘合剂。
优选热塑性塑料外层和热塑性塑料中间粘结层主要包括低密度聚乙烯(LDPE)，虽然在这些层中也可以使用具有类似性能的不同的或改性的聚烯烃以制备本发明的包装层压板。优选用于这些层中的聚乙烯是非线性的，因此不包括LLDPE和m-LLDPE。
本发明所用LDPE的密度为约0.910g/cm3以上，优选为0.912-0.925，且更优选为约0.915-0.920，熔融(流动)指数(MI)为约1-25g/10min(ASTM 1278)。
包含在中间子层中的聚乙烯与用于芯层另外一侧外层和芯层与铝箔之间的中间粘结层的聚乙烯可以是相同或不同种类的。
在某些情况下，可以优选包含在中间子层中的聚乙烯为线性低密度聚乙烯(LLDPE)或线性茂金属聚乙烯(m-LLDPE)。
根据一个优选实施方案，本发明所涉及的环烯烃共聚物(COC)可以是环烯烃单体和α-烯烃单体的任何共聚物，例如无规共聚物、接枝共聚物、开环共聚物和这些共聚物的各种取代物。优选COC为环烯烃单体与乙烯的共聚物。进一步包含少量另外的α-烯烃单体的环烯烃-乙烯共聚物也可以用于本发明。环烯烃单体可以是多环或单环单体。优选COC为多环单体与乙烯的共聚物。更优选包含在本发明包装层压板中的COC为降冰片烯型单体与乙烯的共聚物。这种降冰片烯-乙烯共聚物例如可以是无规共聚物或乙烯单元接枝在降冰片烯主链骨架上的共聚物。最优选降冰片烯型单体为降冰片烯、四环十二烯、乙烯基降冰片烯或降冰片二烯。
优选环烯烃单体以约3mol％至最多约80mol％的量包含在COC共聚物中。
各种可用于本发明的环烯烃共聚物记载于EP-A-0968816的第2页第56行-第6页第54行，在此引入该专利作为参考。
根据本发明的中间子层可单独由环烯烃共聚物组成或者可包括COC与聚烯烃的共混物。优选中间子层包括LDPE或LLDPE与至少40wt％COC的共混物，其中COC构成共混物的连续相。但是，根据所用COC的类型，也可以使用其他比例的共混物。
根据第二个优选的实施方案，提供阻挡游离脂肪酸性能的材料为精细分散于聚乙烯基体中的填料。根据另一个优选的实施方案，这种填料分散在COC聚合物基体或上述的COC与聚乙烯的共混物中。
优选包含在本发明包装层压板中的填料为纳米级填料或矿物粘土，具有在聚合物基体内形成阻挡迁移物质的阻挡层的能力。典型的这类填料为纵横比为约50-5000，优选约50-2000，厚度为约0.9-100nm，宽度为约1μm-约5μm的无机片状化合物。但是，具有可精细分散在热塑性聚合物基体中的类似性能的其他填料也可以作为用于本发明的替代品，例如云母、滑石粉、硫酸钙或碳酸钙。适宜的矿物粘土的典型实例包括高岭土、叶蛇纹石、蒙脱石、蛭石、云母、锂皂石(laponite)、地开石、珍珠陶土、多水高岭石、贵橄榄石、叶腊石、胶岭石、锂蒙脱石、四硅酸钠云母、tateniolite钠、普通云母(commonmica)、珍珠云母、金云母、黄绿脆云母、斑脱土、皂石、贝得石、绿脱石等。
填料粒子以约0.1wt％-约20wt％，更优选约0.1wt％-约10wt％的量分散在LDPE基体中。
表述“精细分散”是指填料粒子应该具有适当的尺寸并且以下述方式分布在聚合物基体内，使聚合物-填料组合物能够以通常用于制造所述包装材料的高线速度被挤压，不会发生挤压加工困难。
由此所述材料COC和/或填料提供了阻挡游离脂肪酸迁移穿过热塑性塑料内侧子层的性能。另外，这些材料使中间子层的脆性稍许增加了一些，这会影响前面所述的在正方向上的可开启性。
预计用于本发明包装层压板的纸板品种一般具有约200mN-约400mN的硬度。
根据本发明的另一方面，提供了一种如独立权利要求10所限定的制造包装层压板的方法，其中通过施涂在铝箔附近的至少一层粘结子层、包括提供阻挡游离脂肪酸迁移性能的材料的中间子层和主要包括m-PE的最内子层而使热塑性塑料内层被挤压涂布为子层。本发明方法优选和有利的实施方案具有从属权利要求11-15所列的特征。
最优选在一个加工步骤中通过共挤压涂布各层而将上述内部结构的子层施涂在铝箔的另一个内侧上。也可以一起挤压粘结子层和中间子层，而在另一步骤中将薄的最内子层挤压涂布在中间子层上。但是，同时共挤压涂布全部三层存在一些重要的优点。除了加工简易，即一步挤压涂布加工步骤替代了两步，以及由于各子层相互支撑而提高了被挤压熔体薄膜的稳定性这些明显的优点外，还存在一个重要的优点，即可将被挤压熔体的温度保持在较高水平直到该熔体薄膜到达衬底铝箔上，这反过来似乎可以改进粘结子层与铝箔之间的粘结性。据信来自中间子层的熔体薄膜的热量被转移至粘结子层，或者由于中间子层较高的熔融温度，粘结子层的热量在传送通过气隙期间被更好地保存。此前已经知道挤压温度越高，将聚乙烯层挤压涂布在铝箔上获得的对铝箔的粘结性越好。但是，不知道或甚至没有预料到，通过粘性聚合物层，这一效果也能出现，粘性聚合物本身由于害怕降解和损失粘性而不能在太高的温度挤压。通过一起共挤压全部子层，这一在粘结子层内保留热量的效果将尽可能地高并且因此该方法是最优选的。
优选中间子层在比粘结子层和最内子层更高的温度进行挤压。通过如此操作，热量将由中间子层被传递到第一粘结子层，上述效果将进一步提高。通过施涂更厚的中间子层，更高温度的热量将被传递到第一粘结子层。优选最内子层应该在尽可能低的温度下进行挤压，以避免由于高温对聚合物熔体的影响而使聚合物降解释放出可能的痕量物质并迁移到包装的填充物料中，即避免填充食品中所谓的“变味(off-taste)”问题。
最优选包含粘性聚合物的粘结子层以及主要包含m-PN的最内子层在约260-280℃较低的温度下进行挤压，该温度是熔体在挤出机中的温度。这一温度不使各聚合物熔体降解，经证明还是获得与周围层良好粘结性的最佳温度。包括提供阻挡游离脂肪酸迁移性能的材料的中间子层与粘结子层和最内子层在约285-320℃，优选在约310-315℃更高的温度下进行共挤压。在这一设定温度下，观察到铝箔和粘结层之间改进的粘结性以及改进的可开启性。
根据另一个优选的实施方案，在铝箔被涂布内部子层之前，通过火焰处理对铝箔进行表面活化处理。这种用气体火焰对铝箔表面进行的处理经证明更进一步提高了铝箔和粘结子层之间的粘结性，并因此对改进开孔处膜的可开启性能有所贡献。
根据本发明的又一方面，提供了一种由本发明的包装层压板制造的用于长期储存果汁的包装容器，如权利要求16-18所限定，该容器具有可开启性能与包装完整性和密封性能的最佳平衡。
附图简述在下面参考附图进行的详细说明中，本发明进一步的优点和有利的特征是显而易见的。在附图中

图1是根据本发明的层压包装材料的横断面视图；图2示意性地说明了制造图1所示层压包装材料的方法；图3示意性地说明了本发明的包装层压板特别适配的开启装置；和图4是配有图3所示例的开启装置的构造稳定且耐久的包装容器透视图的侧视图，该包装容器是由根据本发明的层压包装材料制造的。
发明详述参考图1，本发明的包装层压板10包括一个芯层11，该芯层是一个构造刚硬但可折叠的纸板或硬纸板。该芯层带有穿透孔、开口或裂缝以将开启装置施加在由包装层压板制造的包装上。在芯层11的一侧，即由层压板制造的包装的外侧，亦即远离填充食品面向外面的一侧上，施涂热封热塑性塑料层12，该层也为芯层的这一侧提供了液体和湿气的阻挡层。热塑性塑料外层优选以约10-17g/m2，优选12g/m2的量施涂，并且特别为聚乙烯，例如低密度聚乙烯(LDPE)。
在芯层的另一侧即内侧，即面向由层压板制造的包装内侧的一侧，通过热塑性塑料中间粘结层14，特别是聚乙烯，如LDPE，施涂上铝箔气体阻挡层13。中间粘结层的施涂量为约23-约27g/m2，优选约25g/m2。
在铝箔的内侧，即没有粘结在芯层的一侧，施涂上带有子层的热塑性塑料结构15。包含粘性聚合物的第一粘结子层15-1与铝箔相接触，并提供铝箔与包括提供阻挡游离脂肪酸迁移性能的材料的中间子层15-2之间充分的粘结，将主要包括在单活性中心茂金属催化剂存在下聚合的乙烯-α-烯烃(m-PE)的第三最内子层15-3施涂在邻近的粘结子层上。
所有的层12、13、14和15-1、2、3均在整个层压板延展，因此也覆盖了位于芯层两侧的孔区。
粘性聚合物优选为马来酸酐接枝改性的线性低密度聚乙烯(MAH-g-LLDPE)。最内子层优选由约60-70wt％m-LLDPE和约30-40wt％LDPE的共混物组成。
在本发明的一个替代实施方案(未示出)中，可以使用两层不同粘性聚合物的子层15-1以获得与铝箔和中间子层的最佳粘结。
参考图2，在制造本发明的包装层压板的方法20中，引导纸板芯层的卷材21向前通过冲压台22，在此处为纸板提供孔，以便随后在包装上施加开启装置。进一步引导已开孔的卷材21’向前到达层压台25，在此处通过挤出机24挤压纸板卷材和铝箔卷材之间的包括提供阻挡游离脂肪酸迁移性能的材料的中间粘结层而将铝箔卷材23层压到纸板的一侧。在辊隙中芯层和铝箔被压制在一起，由此变成纸板和铝箔的层压板26。引导层压板26向前到达下一个层压台28，在此处通过共挤压涂布将热塑性塑料的最内结构子层15施涂到层压板26的铝侧。
子层15-1、15-2和15-3由各自的挤出机进料到共挤压装置，优选供料头27中，通过一个模头形成多层熔体薄膜，该薄膜被涂布在衬底，即层压板26的铝侧上，在辊隙28中进行压制和冷却，由此形成内侧涂布有热封的热塑性塑料的层压板。在25处层压到铝箔上的步骤之前，或者在28处共挤压涂布最内侧子层步骤之后，或者在这些加工步骤之间，开孔的纸板芯卷材21’可以通过挤压涂布(未示出)而在其另一外侧涂布上一层热塑性塑料外层。
双动压辊可用于所有的层压台25、28和在芯层外侧层压外层的操作中，结合使用较高的辊隙压力，以便在孔区获得膜的层压层之间的最佳粘结并避免在孔周围邻近边缘的层之间夹陷空气。
根据本发明的一个优选实施方案，在铝箔于27处被涂布热塑性塑料内层15之前，通过火焰处理29来活化铝箔表面。
在对比例中，通过挤压涂布制备带有最内三子层的包装层压板，含有约7g/m2粘性聚合物、约18g/m2中间LDPE和约10g/m2主要包含m-PE的最内子层，预先对铝箔内侧进行或不进行火焰处理。预先进行火焰处理的，铝箔和第一粘结子层之间的粘结力比不进行火焰处理的高。在由层压板制造并装备有旋起/拉起型开启装置的包装中，很少注意可开启性，而且仅从美学考虑。不预先进行火焰处理的，会在孔区观察到更多一些的残留膜。因此，结论为在进行本发明时优选对铝箔进行火焰处理是优选的。
至少在当粘结子层15-1的粘性聚合物为MAH-g-LLDPE的情况下，优选在与铝箔接触之前，在内侧结构层压台28处，用臭氧处理法对粘结层进行表面处理。
参考图3，在一个预期的开启装置实例30中，包括热塑性塑料层和铝箔的层压膜31在界面33处被密封在螺旋盖32上，螺旋盖是施加在包装容器上的开启装置的一部分。当向上旋转螺旋盖32进行开启时，通过开启装置周围部分的螺纹装置34，膜在被与螺旋盖一起拉起的同时，沿着孔35的周边被剪开。
参考图4，提供了一个带有图3所示开启装置的典型Tetra BrikAseptic型无菌包装。覆膜孔置于包装容器的顶部并且在孔的覆膜上装有模塑塑料的开启装置，该开启装置由框架和螺旋进框架的螺旋盖组成。开启装置还可安装一个所谓的护持标志(tampering evidence)，其位置表明包装容器是否已被开启。
总之，应该可以观察到，不能将以上通过特别参考附图所描述的本发明限定为所述的这些实施方案并且不能排他地仅举例表示，在不背离所附权利要求所公开的发明构思的前提下，可以进行对本领域技术人员而言显而易见的修改和变化。
权利要求
1.包装层压板(10)，其包括一个带有穿透孔、开口或裂缝的纸或硬纸板芯层(11)，施涂在芯层外侧的热塑性塑料层(12)，施涂在芯层另一侧即内侧的铝箔(13)，该铝箔在整个层压板延展并通过热塑性塑料中间层(14)粘结在芯层上，两层热塑性塑料层(12、14)均在整个层压板延展并且在孔区相互密封形成铝箔(13)和热塑性塑料层(12、14)的膜，和施涂在铝箔另一侧即内侧的一层或多层热塑性材料层，其特征在于一层或多层热塑性材料层包括至少一层施涂在铝箔附近的粘结子层(15-1)，包括提供阻挡游离脂肪酸迁移性能的材料的中间子层(15-2)，和主要包括所谓的茂金属聚乙烯(m-PE)，即在茂金属催化剂存在下聚合的乙烯-α-烯烃共聚物的最内子层(15-3)。
2.根据权利要求1的包装层压板，其特征在于中间子层(15-2)包括一种环烯烃共聚物(COC)作为提供阻挡层的材料。
3.根据权利要求1或2任意一项的包装层压板，其特征在于中间子层(15-2)包括COC与聚乙烯的共混物，COC构成共混物的连续相。
4.根据上述任意一项权利要求的包装层压板，其特征在于中间子层(15-2)包括聚乙烯基体与精细分散的填料的共混物。
5.根据上述任意一项权利要求的包装层压板，其特征在于中间子层(15-2)包括含有COC的聚合物基体与精细分散的填料的共混物。
6.根据上述任意一项权利要求的包装层压板，其特征在于最内子层(15-3)为m-PE与约20wt％至最高少于50wt％LDPE的共混物。
7.根据上述任意一项权利要求的包装层压板，其特征在于最内子层(15-3)为m-PE与约30wt％至约40wt％LDPE的共混物。
8.根据上述任意一项权利要求的包装层压板，其特征在于粘结子层(15-1)包括马来酸酐接枝改性的线性低密度聚乙烯(MAH-g-LLDPE)。
9.根据上述任意一项权利要求的包装层压板，其特征在于外层(12)和中间粘结层(14)中所用的热塑性塑料是相同或不同种类的。
10.制造上述任意一项权利要求所限定的包装层压板(10)的方法，包括下列步骤提供带有孔、开口或裂缝(35)的芯层卷材(21’)，用热塑性塑料层(12)涂布芯层外侧(24)，由此也将孔覆盖，并通过施涂热塑性塑料中间层(24)而将芯层的另一侧即内侧层压(25)到铝箔(23)上，以这种方式将两个热塑性塑料层相互密封在孔区内，由此在孔区(35)形成铝箔和热塑性塑料的膜(31)，用一层或多层热塑性塑料内层挤压涂布(27、28)铝箔的另一侧即内侧，其特征在于通过在铝箔附近施涂至少一层粘结子层(15-1)、包括提供阻挡游离脂肪酸迁移性能的材料的中间子层(15-2)和主要包括m-PE的最内子层(15-3)将热塑性塑料内层挤压涂布(27)为子层。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于中间子层(15-2)包括一种环烯烃共聚物(COC)作为提供阻挡层的材料。
12.根据权利要求10-11任意一项的方法，其特征在于中间子层(15-2)包括COC与聚乙烯的共混物，COC构成共混物的连续相。
13.根据权利要求10-12任意一项的方法，其特征在于中间子层(15-2)包括聚乙烯基体与精细分散的填料的共混物。
14.根据权利要求10-13任意一项的方法，其特征在于通过在一个加工步骤中所有层的共挤压涂布(27、28)而将子层(15-1、2、3)施涂在铝箔(23)的另一侧即内侧。
15.根据权利要求10-14任意一项的方法，其特征在于在用内子层(15-1、2、3)涂布铝箔(23)之前，通过火焰处理对铝箔进行表面活化处理(29)。
16.由权利要求1-9任意一项所限定的层压板(10)制造的包装容器(40)。
17.根据权利要求16的包装容器(40)，其特征在于它提供了一个施加在膜和孔(35)区及周围的开启装置(30、32、34)。
18.根据权利要求16-17任意一项的包装容器(40)，其特征在于开启装置(30)包括一个螺旋盖(32)，该盖通过旋起和拉起动作的结合从孔区(35)除去膜(31)而开启包装。
全文摘要
一种包装层压板(10)，包括一个带有穿透孔的纸或硬纸板芯层(11)，施涂在芯层外侧的热塑性塑料层(12)，施涂在芯层另一侧即内侧并通过热塑性塑料中间层(14)粘结在芯层上的铝箔(13)，两层热塑性塑料层(12、14)在孔区相互密封形成铝箔和热塑性塑料的膜，及施涂在铝箔内侧的第一粘结子层(15－1)，施涂在相邻第一粘结子层上的包括提供阻挡游离脂肪酸迁移性能的材料的中间子层(15－2)，和主要包括茂金属聚乙烯(m－PE)的最内子层(15－3)。该包装层压板具有改进的密封性，并为由该层压板制造的带有开启装置的用于无菌、长期储存例如果汁的包装容器提供了改进或保持的包装完整性和可开启性，所述开启装置在进行开启时从芯层的孔区除去铝箔和热塑性塑料层压层的膜。优选提供阻挡游离脂肪酸迁移性能的材料为环烯烃共聚物(COC)和/或填料。
文档编号B32B27/10GK1652934SQ03810314
公开日2005年8月10日 申请日期2003年4月29日 优先权日2002年5月7日
发明者N·托夫特, T·安德森 申请人:利乐拉瓦尔集团及财务有限公司