可热密封的生物可降解包装材料，其制造方法和由其制造的产品包装的制作方法
【专利摘要】本发明涉及可热密封的生物可降解包装材料，所述包装材料包含纤维基板1以及挤出在其上的一个或多个聚合物涂层。根据本发明，该材料包括聚合物涂层2，其含有不少于90重量％的聚交酯和不多于10重量％的作为添加剂共混在其中用于提高所述层的粘附力和/或热密封能力的丙烯酸类共聚物。本发明还包括用于制造包装材料的方法，以及由所述材料获得的产品包装。
【专利说明】可热密封的生物可降解包装材料，其制造方法和由其制造的产品包装
[0001]本发明涉及可热密封的生物可降解包装材料，所述包装材料包含纤维基板，以及挤出在其上的一个或多个聚合物涂层。此外，本发明涉及一种用于制造这种包装材料的方法，以及由该材料制成的封闭的产品包装。
[0002]用于产品包装如包装纸或板的基于纤维的包装材料通常设置有用于使包装防漏并用于通过热密封封闭包装的聚合物涂层。多层涂层可能包含内部的EVOH、PET或聚酰胺层，其对材料提供对水蒸气和氧的有效阻挡，以及用于使得材料可热密封的外部的聚烯烃层。然而，这些广泛流行的涂层聚合物不是生物可降解的，是一种缺点。
[0003]已经用于生物可降解包装材料的涂层聚合物是聚交酯(PLA)，其具有适合于很多应用的相当好的水分和气体阻挡性，但其使用带来若干问题。比如，聚交酯是硬的和脆的，并且需要高挤出温度和相当大的层厚度用于达成其对包装材料的纤维基板的粘合性。作为高温的结果，聚交酯具有降解的风险，并且在挤出中，熔融的织物倾向于沿其边缘遭遇撕裂的出现并且挤出层容易留有针孔。
[0004]作为所述问题的解决方案，说明书F1-112624(对应于EP-1094944B1)公开了要与外部的聚交酯层一起被共挤出并且由生物可降解聚合物组成的内部的粘合层，其实例包括一些商业共聚酯、纤维素酯和聚酯酰胺。这些已经能够促进聚交酯的挤出并且达到防止涂层通过剥离从纤维基板脱离的粘附力。
[0005]在包装材料的最外涂层使用聚交酯的另一个问题是其相当高的熔融温度和作为结果的差的热密封能力。作为这一点的改进，说明书US-2002/0065345A1公开了一种与聚交酯共混并且构成混合物中不少于9%的部分的生物可降解脂族聚酯，以及一种构成混合物中不少于1%的部分的增粘剂。作为合适的脂族聚酯，该公开提及了聚己内酯(PCL)和聚琥珀酸己二酸丁二酯(PBSA)。根据所引用的公开，可以将该混合物挤出，用于可以轴向或双轴拉伸并且通过层压附加至纤维基板的膜。结果是具有显著提高的热密封能力的聚合物涂布的生物可降解包装材料。
[0006]说明书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剂，其目的是增加聚交酯的结晶度并且从而提高其耐热性。作为这种添加剂的实例，该说明书公开了由Far Eastern Textile出售的FEP0L2040,以及由BASF出售的Ecoflex，两者都由聚己二酸对苯二甲酸丁二酯组成。根据该说明书，可以将这种混合物以传统方式挤出至纤维基板上，然而在该说明书中没有提及关于混合物对基板的粘附性或所获得的涂层的热密封能力的问题。无论如何，在该说明书中所致力于提高的PLA的耐热性没有暗示热密封能力的提高，反而是暗示其减弱。
[0007]本发明的目标是，基于聚交酯的使用，提供可热密封的生物可降解包装材料，其中引入至聚交酯中的较少量的添加剂使得挤出中的聚交酯对纤维基板的粘附性和/或材料的含有聚交酯的表面层的热密封能力能够被提高。根据本发明，解决方案是具有聚合物涂层的材料，所述聚合物涂层含有不少于90重量％的聚交酯和不多于10重量％的作为添加剂共混在其中用于提高层的粘附力和/或热密封能力的丙烯酸类共聚物。[0008]根据本发明发现，少量的、适宜地约2-10重量％的丙烯酸类共聚物的加入显著地提高聚交酯层对其自身以及对另外一个例如在双面涂布包装材料的相反侧的类似的涂层的热密封能力，或者也提高对未涂层的纤维基板的热密封能力。同时，添加剂提高挤出中聚交酯对纤维基板的粘合，以使得涂布过程不需要如US-2002/006534A1中描述的多相膜层压。
[0009]在本发明中使用的丙烯酸类共聚物本身不是生物可降解的，但是它构成混合物的这样小的部分，以使得它不妨碍包装在堆肥中或在垃圾填埋中生物降解。当使用该材料用于其中聚合物涂层与所包装的产品直接接触的食品容器时，少量的丙烯酸类共聚物也是可接受的。
[0010]优选涂层中聚交酯的部分不少于95重量％并且丙烯酸类共聚物的部分不多于5
重量％。
[0011]根据本发明，要作为添加剂共混至聚交酯的丙烯酸类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。特别合适的添加剂是乙烯丙烯酸丁酯甲基丙烯酸缩水甘油酯三元聚合物，其由公开W02004/101642A1和W02008/013699A1已知。所述公开中提及的三元聚合物被描述为用于聚交酯的冲击改性剂，并且该公开还提及这种PLA混合物作为可通过层压附加以构成用于纸的涂层的取向薄膜的用途。PLA和所述三元聚合物的混合物的粘附性或热密封能力，或直接在纤维基板上挤出该混合物，在该公开中没有出现。
[0012]根据本发明，包装材料如纸或板的聚合物涂层可以由单层构成，并且这种层可以在该材料的仅一侧上或者在其两侧上。涂层中作为用于PLA的添加剂存在的丙烯酸类共聚物在挤出中提高层与材料的纤维基板的粘合性，以及涂层对其自身或对该材料的相反侧上的涂层或裸纤维基板的热密封能力。
[0013]备选地，纤维基板可以带有内部的聚合物生物可降解粘合层，以及含有聚交酯和丙烯酸类共聚物的外表面层，这两者都通过共挤出递送至纤维基板上。粘合层用于提高挤出中聚交酯织物的附着力，并且在这种情况下与聚交酯共混的丙烯酸类共聚物的唯一作用是提高聚交酯的热密封能力。合适的聚合物粘合剂描述于上面引用的说明书FI112624B中。用于粘合层的一种特别优选的聚合物是聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)，其是由对苯二甲酸、己二酸和I，4- 丁二醇单体聚合的共聚酯。PBAT可以自己构成也可以通过与聚交酯共混构成粘合层。
[0014]还可能的是在共挤出中在两个聚交酯层之间安排类似的含有共聚酯(例如PBAT)的层作为粘结剂以避免在熔融聚交酯织物上出现撕裂。
[0015]根据本发明的再另一个优选的实施方案，通过共挤出向纤维基板提供紧靠纤维基板的聚交酯和乙烯丙烯酸丁酯甲基丙烯酸缩水甘油酯三元聚合物的内层，并提供聚交酯和聚己二酸对苯二甲酸丁二酯的混合物的外表面层。
[0016]根据本发明的用于制造如上所述的可热密封的包装材料的方法的特征在于在纤维基板上挤出或共挤出一个或多个聚合层，其至少一个含有不少于90重量％，优选不少于95重量％的聚交酯，和不多于10重量％，优选不多于5重量％的共混在其中用于提高该层的粘附力和/或热密封能力的丙烯酸类共聚物。
[0017]根据本发明的产品包装的特征在于它由如上所述的本发明的包装材料制成，并通过将含有不少于90重量％,优选不少于95重量％的聚交酯和不多于10重量％,优选不多于5重量％的丙烯酸类共聚物的材料的表面层热密封被封闭。
[0018]现在将首先参考附图更详细地描述本发明，其中图1-8示例用于本发明的包装材料的各种实施方案中的层结构。
[0019]用于本发明的图1的实施方案包括纤维基板，如包装纸或板1，以及挤出在其上并且包括90-98重量％的聚交酯(PLA)和2-10重量％的丙烯酸类共聚物如例如乙烯丙烯酸丁酯甲基丙烯酸缩水甘油酯三元聚合物的生物可降解聚合物涂层(PLA层)2。纤维基板I可以具有40-350g/m2的重量并且PLA层可以具有10_30g/m2的重量。
[0020]图1的包装材料能够折叠并且热密封，用于袋或箱型包装，其中PLA层2可以对其自己密封或对该材料未涂层的相反表面密封。
[0021]用于本发明的图2中所示的实施方案与图1中所示的实施方案的不同在于在纤维基板I与PLA层2之问存在例如聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)的聚合生物可降解粘合层3。聚合物层2、3通过共挤出被带到纤维基板I上。PLA层2可以具有7-20g/m2的范围内的重量并且PBAT层可以具有7-15g/m2的范围内的重量。PBAT层使得能够使PLA层更薄并且防止其在挤出中出现撕裂。
[0022]在图3中，将聚交酯涂层分为两个部分4、2，以使得内层4完全由聚交酯组成而没有所加入的丙烯酸类共聚物，并且外层2由上述PLA和丙烯酸类共聚物的混合物构成。最内部的粘合层3可以具有7-15g/m2的范围内的重量，并且含有聚交酯的层4、2的每一个可以具有6-10g/m2的范围内的重量。因此，提高热密封能力的丙烯酸类共聚物限制在材料的最外PLA层2内。
[0023]在图4中，纤维基板I带有共挤出的三层涂层，其中最内层是PLA层2a，下一层是粘结剂层3a，其可以由与图2的粘合层3相同的共聚酯(PBAT)构成，并且最外层是构成材料的表面的PLA层2b。PLA层2a、2b的每一个可以具有6_13g/m2的范围内的重量，并且粘结剂层3a可以同样具有6-13g/m2的范围内的重量。PLA的丙烯酸类共聚物添加剂改善了层2a对纸板的粘附力，层2b的 热密封能力，并且粘结剂层3用于改善PLA层2a、2b它们的
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[0024]图5的实施方案与图4的不同仅在于起到用于PLA层2a、2b的连接的作用的中间涂层4由聚交酯构成，如以类似于图3中层4的方式。每个层2a、4、2b可以具有6_13g/m2的范围内的重量。
[0025]在图6中，在纤维基板I的顶部共挤出有具有共混在其中的丙烯酸类共聚物的两个PLA层2a和2b。在这些层中，共混部分不同，在内层中例如为5重量％，在外层中例如为
2.5重量％，在这个意义上，这些层彼此不同。每一个层2a、2b可以的重量在7-15g/m2的范围内，重量可以彼此相等或不相等。
[0026]在图7中给出了图1的实施方案的修改，其中在纤维基板I上，在其两侧上，挤出彼此类似的PLA层2。每个PLA层的重量可以在10-30g/m2的范围内。包装的热密封基于PLA层2彼此的密封。
[0027]在用于本发明的图8的实施方案中，在纤维基板上共挤出与丙烯酸类共聚物共混的内部的聚交酯层2和外层5，其中共混有35-90，优选45重量％的聚交酯和10-65，优选55重量％的聚己二酸对苯二甲酸丁二酯。内层可以具有5-20g/m2，优选7-15g/m2的重量，并且外层5可以具有5-20g/m2，优选7-15g/m2的范围内的重量。[0028]通过测试丙烯酸类共聚物对聚交酯的热密封能力和在挤出中对与未涂层的纸板表面的粘附力的效果，进行随后描述的试验。
[0029]热密封能力
[0030]测试材料为包装板，其具有280g/m2的重量和并且在其上挤出有其组成为95重量％的聚交酯和5重量％的乙烯丙烯酸丁酯甲基丙烯酸缩水甘油酯三元聚合物(Biomaxstrong，由Du Pont出售)的、且其重量为25g/m2的单层涂层。参考材料是同样涂布的包装板，其中涂层全部由聚交酯构成，没有所述丙烯酸类共聚物添加剂。进行热密封测试，其中将板的涂布侧密封至板的未涂层的相反表面。密封压力为300N并且在加热的密封模头之间的密封时间为0.5s。结果在附图9中给出，其图形地显示对于测试和参考材料，所得到的热密封的强度作为密封温度的函数。在沿图的垂直轴1-5的刻度上，最小值I表示密封失败，没有任何类型的粘附力，并且最大值5表示完全密封，尝试将其打开不导致密封通过剥离的打开，而代之以在板中出现撕裂。观察到，由于所加入的丙烯酸类共聚物，在清楚地低于使用参考材料的温度获得完全热密封。
[0031]粘附力
[0032]进行测试系列，其中向具有280g/m2的重量的包装板上，将具有彼此相等重量的两个涂层共挤出，其内层具有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缩水甘油酯三元聚合物的组合物，并且外层仅由聚交酯组成。在参考测试序列中，向相同的包装板共挤出具有彼此相等的重量但没有丙烯酸类共聚物加入的两个平面聚交酯层。在两种测试序列中，对作为总涂层重量的函数的涂层对板的粘附力进行研究，并且结果在附图10中图形地表示。在沿图的垂直轴的1-5的刻度上，最小坐标I表示在板与挤出涂层之问不存在粘附力，并且最大值5表示完全粘附，其中移除的尝试不导致涂层通过剥离分开，而代之以涉及在板中出现撕裂。观察到，由于所加入的丙烯酸类共聚物，在清楚地明显低于参考文献的涂层重量的情况下，获得完全粘附。
【权利要求】
1.一种可热密封的生物可降解包装材料，所述包装材料包含纤维基板(I)以及挤出在其上的一个或多个聚合物涂层，其特征在于所述材料包括聚合物涂层(2)，所述聚合物涂层(2)含有不少于90重量％的聚交酯和不多于10重量％的作为添加剂共混在其中用于提高所述层的粘附力和/或热密封能力的丙烯酸类共聚物。
2.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述添加剂是乙烯丙烯酸烷基酯二元聚合物或三元聚合物。
3.如权利要求2所述的材料，其特征在于所述添加剂是乙烯丙烯酸丁酯甲基丙烯酸缩水甘油酯三元聚合物。
4.如在前权利要求中的任一项所述的材料，其特征在于所述涂层(2)含有不少于95重量％的聚交酯和不多于5重量％的作为添加剂共混在其中的丙烯酸类共聚物。
5.如在前权利要求中的任一项所述的材料，其特征在于所述纤维基板(I)带有挤出在其上并且可热密封的单层涂层(2)。
6.如权利要求1-4中的任一项所述的材料，其特征在于所述纤维基板(I)带有内部的聚合物生物可降解粘合层(3)，以及外部的含有所述添加剂的表面层(2)，两者都通过共挤出被带到所述纤维基板上。
7.如权利要求6所述的材料，其特征在于所述粘合层由聚己二酸对苯二甲酸丁二酯组成。
8.如在前权利要求中的任一项所述的材料，其特征在于所述纤维基板(I)在两侧上都设置有一个或多个挤出涂层(2)。
9.如权利要求9所述的材料，其特征在于在所述纤维基板(I)的两侧上的所述挤出涂层⑵彼此类似。
10.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述纤维基板(I)带有聚交酯和乙烯丙烯酸丁酯甲基丙烯酸缩水甘油酯三元聚合物的内层(2)，以及聚交酯和聚己二酸对苯二甲酸丁二酯的共混物的外表面层(5)，两者都通过共挤出被带到所述纤维基板上。
11.一种用于制造如在前权利要求中的任一项所述的可热密封的包装材料的方法，其特征在于在纤维基板(I)上挤出或共挤出一个或多个聚合物涂层，所述一个或多个聚合物涂层的至少一个含有不少于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层(2)的粘附力和/或热密封能力的丙烯酸类共聚物。
12.—种由如权利要求1-9中的任一项所述的包装材料制成的封闭的产品包装，所述包装通过含有不少于90重量％的聚交酯和不多于10重量％的丙烯酸类共聚物的涂层的热密封被封闭。
【文档编号】C09D167/04GK103429503SQ201280012407
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年3月7日 优先权日:2011年3月7日
【发明者】基莫·内瓦莱宁 申请人:斯塔诺 阿埃索 澳吉有限公司