包装材料和包装容器的制作方法

文档序号:14955542发布日期:2018-07-17 23:29阅读:187来源:国知局

本文描述了用于液体或半液体食品的包装容器的包装材料及其生产方法和用途。



背景技术:

用于液体食品的一次性类型的包装容器通常由基于纸板或厚纸的包装材料生产。一种这样的常见包装容器以tetraaseptic商标出售,主要用于在长期环境存储条件下进行营销和销售的液体食品(诸如牛奶、果汁等)的无菌包装。这种已知包装容器中的包装材料通常是包括纸或纸板的主体层和由热塑性塑料形成的外部液密层的层压材料。为了使包装容器气密,特别是氧气密封,例如为了无菌包装的目的,诸如牛奶或果汁的包装,这些包装容器中的包装材料层压材料通常包括至少一个附加层,从而提供气体阻隔性能,最通常为铝箔。

在层压材料的内侧,即用于面向由层压材料生产的容器的填充食品内容物的一侧,存在施加在铝箔上的最内层,该最内侧的内层可以由一个或多个部分层构成,包括可热密封粘合的聚合物和/或可热密封的聚烯烃。同样在纸或纸板主体层的外侧,存在最外侧的可热密封的聚合物层(装饰层)。可热密封的聚合物层通常基于低密度聚乙烯或其混合物。

包装容器通常通过从包装材料的幅材连续形成、填充和密封包装的类型的高速包装机来生产,高速包装机如tetra无菌型包装机。因此,包装容器可以通过所谓的形成-填充-密封技术来生产,该技术基本上包括借助于形成、填充并密封幅材为包装的灌装机使幅材连续形成层压的包装材料管。根据另一种方法,包装是例如在tetra型灌装机中从包装材料的预制坯件逐一制成的,因此提供所谓的山顶形包装或其他基于坯件的包装。

如上所述,连续tetra型包装方法的一个方面是高速包装的可能性,其对成本效率具有相当大的影响。通常,每小时可以制备数千个包装。例如,tetraa3/speed每小时可以制造约15000个包装(0.9升及以上的家庭规格包装容器),并且每小时可以制造约24000个包装容器(部分包装)。

例如在wo00/30846中所述,已经尝试通过用聚合物泡沫代替纸板主体层来改造纸板层压材料。然而,这样的尝试没有涉及到实际产品,因为在将材料转化为层压材料期间,由成本效益高的聚合物制成的泡沫当暴露于高温和高压时通常会恶化并塌陷。这在聚合物熔融挤出层压操作期间是一个特别的问题,其中聚合物泡沫由于熔融聚合物的热量和层压辊隙的压力而塌陷,而且在层压步骤中,其中具有热塑性聚合物或粘合剂的预涂布表面的层通过在加热辊隙中同时施加热和压力(即所谓的旋转热压层压)而彼此粘附。



技术实现要素:

发明目的

一个目的是制造减少或避免现有技术的上述问题的层压包装材料以及由该包装材料制成的用于液体和半液体食品的包装容器。

另外的目的是生产这种包装材料层压材料,其中发泡或多孔或充气的纤维主体层在层压操作期间耐受热压层压而不失去其原始厚度,因此在具有低密度主体材料的最终层压材料中提供足够的主体厚度。

又一目的是制造这样的包装材料层压材料:一方面该包装材料层压材料被优化成既具有这种保留的主体厚度和密度以及适当的机械耐久性,例如抗分层强度(delaminationstrength)、机器方向和横向的抗压强度以及z方向强度。这些性能对包装的堆叠强度很重要。此外,通过改善形成缺陷(例如包装容器的凹陷)的机械特性,可以减少例如拐角褶皱凹陷、侧板夹住(pinching)、水平或垂直折痕凹陷。此外,可以获得降低的边缘芯吸(edgewick)。

另外的目的是设计一种具有印刷表面、气体阻隔性和机械耐用性的更轻且更具成本效益的包装材料结构。

详细描述

以下描述的是涉及在本文中详细讨论并例示的层压包装材料的方面。一些方面涉及制备包装材料的方法。此外,一些方面涉及包装材料在提供适用于液体和半液体食品的包装容器中的用途。包装材料一方面用于液体或半液体食品的灌装机中,例如用于制造无菌包装容器的形成-填充-密封型灌装机,诸如tetraa3灌装机。在一些方面,包装容器由包装材料的辊进给式幅材制成。在一些方面,包装容器由包装材料的坯件制成。

本文的实施方式、实施例和方面中提供的包装材料涉及包含密度小于700kg/m3的主体层的包装材料。

本文使用的以下术语和定义将在下面给出定义。

“聚烯烃”或“聚链烯”是由式c2h2n的简单烯烃作为单体生产的聚合物。

“聚乙烯”是通过聚合单体乙烯生产的聚烯烃。

“共聚物”或“杂聚物”是两种或更多种单体物质的聚合物。

“高密度聚乙烯”或“hdpe”是密度大于0.941g/cm3的乙烯聚合物。

“低密度聚乙烯”或“ldpe”是密度为0.910-0.935g/cm3的聚乙烯均聚物。自20世纪30年代以来,ldpe已经商业化生产并且在本领域中是众所周知的。

“线性低密度聚乙烯”或“lldpe”是指密度为0.89g/cm3的聚乙烯共聚物。lldpe是线性的并且基本上不含长链支化,并且通常具有比常规ldpe窄的分子量分布。传统的“线性低密度聚乙烯”(lldpe)可以用传统的齐格勒-纳塔催化剂(ziegler-nattacatalysts)生产。lldpe也经过长时间的商业化生产(自20世纪50年代以来通过溶液反应器生产,并且自20世纪80年代以来通过气相反应器生产)并且在本领域中也是众所周知的。

“mlldpe”是由气相反应器中的茂金属催化剂和/或利用浆料反应器中的茂金属催化剂和/或利用溶液反应器中的任何二茂钛催化剂(haftocenecatalysts)生产的线性低密度聚乙烯。mlldpe聚合物在包装技术领域是众所周知的。

“坯件”是指包装材料的预先制造的扁平的未折叠的管状片材。坯料的包装材料的实施例包括主体层和在主体层的每一侧上的液密塑料涂层。坯件用于通过使坯件竖立成开放的管状套筒而制造密封的包装容器,开放的管状套筒在填充并横向密封开放端之前在一端被横向密封。

涉及包装材料、包装容器或其层的“厚度”除非另外被定义,否则通过显微镜确定,例如通过合适的显微镜,诸如以名称olympus销售的那些显微镜,例如bx51确定。

“液体或半液体食品”通常是指具有流动内容物的食品,流动的内容物可选地可以包含食品块。乳制品和牛奶、大豆、大米、谷物和籽饮料、果汁、花蜜、不起泡的饮料、能量饮料、运动饮料、咖啡或茶饮料、椰子水、茶饮料、葡萄酒、汤、墨西哥辣椒(jalapenos)、西红柿、酱汁(诸如意大利面酱)、豆类和橄榄油是设想到的食品的一些非限制性实施例。

与包装材料和包装容器有关的“无菌”是指微生物被消灭、失活或被杀死的条件。微生物的实施例是细菌和孢子。当产品被无菌地包装在包装容器中时,通常使用无菌工艺。

术语“热封”是指将热塑性材料的一个表面熔接到另一热塑性表面的过程。在适当的条件下,诸如施加足够的加热和压力,可热密封的材料应该能够在压靠并与另一种合适的热塑性材料接触时产生密封。合适的加热可以通过感应加热或超声波加热或其他常规接触或对流加热手段(例如热空气)来实现。

术语“弱化”旨在表示诸如折痕、穿孔等的材料弱化。

术语“变薄”是指包含包装材料层的至少一层(但不是全部)的包装材料的一部分。例如,变薄可以是开口、狭缝或凹陷,只要它被包装材料的至少一个层覆盖即可。作为一个实施例,变薄是包装材料的阻隔层和热封最内层的延续,其中主体层已被切除以构成变薄的边界,以便于打开包装容器。

术语“主体层”通常是指多层层压材料中最厚层或包含最多材料的层,即对层压材料和由层压材料折叠的包装容器的机械性能和尺寸稳定性贡献最大的层。在本发明的上下文中,它也可以是指在夹层结构中提供较大的厚度距离的层,该层进一步与在主体层的每一侧上具有较高杨氏模量的稳定面层相互作用,以便实现足够的这种机械性能和尺寸稳定性。

层压包装材料通过用于将多个层层压在一起的各种方法获得,所述方法诸如挤出层压、湿法或干法粘结层压、热压层压,并且还可以包括各种涂布方法。虽然特定的层压技术对于实现本文描述的方面和实施方式的有益效果并不是至关紧要的,但是挤出层压是可以适用于生产层压包装材料的一个实施例,特别是用于食品(诸如液体和半液体食品)的基于纸板的包装。

根据本文中公开的方面和实施方式,提供了具有长保质期的包装容器,保质期不小于3、6、8、9、10、11、12、13、14、15个月。自然地,长保质期是优选的。通常需要至少12个月的保质期,然而其可以根据不同的偏好而变化。在一个方面,由本文所述的包装材料制成的包装容器具有12个月的保质期。

特别地,这样的层压包装材料包括主体层,该主体层包括一层泡沫形成的纤维状纤维素,以下称为发泡纤维素。因此发泡纤维素是具有可调节密度的纤维网层,其可以通过泡沫成型工艺制造。主体层被设置为对层压材料的弯曲刚度作出最高效的贡献。本文使用的主体层具有至少20g/m2的表面重量克重。在一些实施方式中,克重在20-440g/m2之间。克重例如取决于不同类型的包装所提出的要求。主体层的克重根据iso536进行评估。表面重量克重表示每单位面积的重量并以g/m2计量。主体层通常具有80-1100μm的厚度,并且被适当地选择以便获得适用于该类型的包装容器和预期的食品的期望的刚度。主体层厚度可以通过如下文讨论的显微镜来评估。发泡纤维素提供主体层厚度的至少20%,诸如至少25%,诸如至少30%,诸如至少40%。百分比可以通过在显微镜中检查包装材料的横截面来确定。

根据一些方面和实施方式,主体层可以进行表面处理或表面涂布以提高包装层压材料的周围层之间的粘附性和相容性,和/或获得额外的期望性能,诸如提高的刚度。这种表面处理可以通过将材料表面暴露于电晕、臭氧或火焰处理等来提供。

主体层的厚度是例如80至1100μm,诸如90至800μm,诸如150至600μm,诸如200至550μm,诸如250至350μm。以表面重量g/m2表示,相应的合适范围为20至440g/m2,诸如25至350g/m2,诸如45至250g/m2,诸如60至220g/m2,诸如60至200g/m2。用于本文公开的方面和实施方式的合适的主体层主要包含发泡纤维素。根据一种实施方式,层压材料包括主体层,该主体层包括发泡纤维素和至少一个附加纸层。

包括发泡纤维素层和可选的附加纤维素层的主体层可以设置有涂层,例如粘土涂层,或者可以进行表面改性。这样的涂层或表面改性也可以适合施加于附加层,该附加层例如用于印刷,并且设置在主体层(可选地包括附加的纤维素层)和装饰层之间。任选地包括附加层的主体层可以经过表面改性,或者可以存在粘合剂或粘结层以便于主体层和附加层之间的相容性和粘合。

主体层包含发泡纤维素,其特征在于密度小于700kg/m3,诸如100至600kg/m3,诸如100至500kg/m3,诸如200-500kg/m3,诸如200至400kg/m3,诸如300至500kg/m3,诸如300至400kg/m3。在一些方面和实施方式中,主体层由发泡纤维素组成,并且主体层的密度小于700kg/m3,100至600kg/m3,诸如100至500kg/m3,诸如200至500kg/m3,诸如200至400kg/m3,诸如300至500kg/m3,诸如300至400kg/m3。发泡纤维素层的密度越低,与所消耗的原材料有关的成本效益越高,而在300kg/m3以上获得更好的耐发泡纤维素减薄性能。根据实施方式,用于层压包装材料的发泡纤维素的最佳密度已经被推断为300至500kg/m3,特别是300至400kg/m3

在一些实施方式中,包装材料包括具有热塑性材料装饰层的主体层,即成为填充和密封的包装容器的外部可热密封的侧面。成为封闭且密封的包装容器的外侧的主体层的侧面可以包含由装饰层覆盖的印刷。

根据本文公开的方面和实施方式,主体层提供了将发泡纤维素并入适用于制备食品(尤其是用于液体和半液体食品)的包装容器的层压的包装材料中的机会。主体层与聚合物层的层压可以通过熔融挤出操作进行,比如塑料层的挤出涂布和挤出层压。通常在高温下进行挤出,诸如在低密度聚乙烯的情况下,高达约330℃。与发泡聚合物层的主体层相比,这种温度对于包含发泡纤维素的主体层已经表明不是主要问题。发泡纤维素在300℃以上具有低热传递和热稳定性,而通常发泡聚合物层并且特别是发泡聚烯烃层在300℃以上不具有低热传递和热稳定性。从成本和环境的角度来看,聚烯烃可以提供最切实可行的泡沫聚合物替代品。已经看到,在300-400kg/m3的较低密度下,发泡纤维素在挤出层压操作中不显著减薄,并且保持足够的抗分层强度和所谓的z-强度,以用在用于本发明目的的包装层压材料中。

发泡纤维素使用辐射进行交联。通过使发泡纤维素、包含发泡纤维素的主体层或至少部分完成的包装材料直接经受辐射来执行使发泡纤维素经受辐射和交联。通过使发泡纤维素材料交联,结果是增强纤维之间的粘合,并且进而降低纸材料中所需的纤维素纤维的量。另外,边缘芯吸会降低。通过使用紫外线(uv)和/或电子束(eb)辐射可以执行使用辐射的交联。通过使纸的纤维网络交联,提高强度和刚度性能。通过共价键合聚合物链,获得更加机械稳定和热稳定的材料。通过使用辐射,交联材料可以更快地固化,从而导致更快的生产速度。

辐射固化可以通过自由基聚合或阳离子聚合化进行。

对于使用uv的自由基聚合,至少需要可交联的聚合物、低聚物和/或单体材料和光引发剂。如果使用eb辐射,至少需要可交联的聚合物、低聚物和/或单体材料,因为不需要光引发剂。

作为自由基聚合的替代形式,可以使用阳离子聚合化。阳离子固化材料基于在存在酸的条件下聚合的环氧醚或乙烯基醚化合物。在阳离子固化组合物中使用的光引发剂在暴露于uv光时产生布朗斯台德酸(bronstedacid)。阳离子固化材料的uv固化和eb固化之间的区别在于eb固化只需要少量的光引发剂。

本文使用的发泡纤维素可以被官能化以成为化学改性的发泡纤维素。可替代地,可以将一部分发泡纤维素官能化,然后可以将其加入到主体层的另一种发泡纤维素中。在交联之前,可以对发泡纤维素纤维进行酯化、醚化或接枝。

为了酯化纤维素纤维,纤维素可以与酰基氯一起用有机酸、有机酸酐或醇进行处理。羧酸或其酸酐可用于获得酯化纤维素纤维。通过这样做,酯基团被连接到纤维素纤维上。由于聚酯和丙烯酸酯基团对例如uv或eb辐射具有反应性,所以通过丙烯酸酯化反应预处理纤维素纤维可以增强辐射固化。

为了醚化纤维素纤维,可以在存在辅助物质如氢氧化物(例如氢氧化钠)的情况下用含氢氯化物如氯甲烷或氯乙烷对纤维素进行处理以获得醚化的纤维素纤维。通过这样做,醚基团连接到纤维素纤维上。合适的纤维素醚可选自甲基纤维素(mc)、甲基羟乙基纤维素(mhec)、羟丙基甲基纤维素(mhpc)、羟乙基纤维素(hec)、羟丙基纤维素(hpc)、羧甲基纤维素(cmc)和它们的任何组合。

在交联之前,纤维素也可以与所需的官能团接枝。

代替使发泡纤维素材料改性,可以将额外的聚合物、低聚物和/或单体材料添加到发泡纤维素材料中。聚合物、低聚物和/或单体材料充当发泡纤维素的纤维素纤维之间的交联剂,这引起纤维素材料的性能变化。

低聚物材料可选自不饱和聚酯和丙烯酸酯化聚酯、丙烯酸酯化环氧树脂、丙烯酸酯化聚氨酯和乙烯基聚氨酯、丙烯酸酯化硅酮树脂、丙烯酸化聚醚和丙烯酸化油和它们的任意组合。

单体材料可以选自基于乙烯基的稀释剂,诸如甲基苯乙烯、乙烯基甲苯和乙酸乙烯酯;丙烯酸类;二丙烯酸酯;三丙烯酸酯;四丙烯酸酯;和五丙烯酸酯;以及它们的任何组合。

另外的聚合物材料、低聚物材料和/或单体材料可以选自由以下各项组成的组:改性纤维素、丙烯酸酯、聚乙烯基化合物、聚胺化合物、聚酰胺化合物、丙二醇、三甘醇、壳聚糖戊二醛、环氧化物、乙二醛、(甲基丙烯酸酯化)明胶、壳聚糖、酪蛋白酸盐、直链淀粉(amylos)、支链淀粉和淀粉以及它们的衍生物。

另外的聚合物材料、低聚物材料和/或单体材料可以是改性纤维素,其可以选自甲基纤维素(mc)、甲基羟乙基纤维素(mhec)、羟丙基甲基纤维素(mhpc)、羟乙基纤维素(hec)、羟丙基纤维素(hpc)、羧甲基纤维素(cmc)以及它们的任何组合。

另外的聚合物材料、低聚物材料和/或单体材料可以选自丙烯酸酯,其可以选自环氧(甲基)丙烯酸酯、聚酯(甲基)丙烯酸酯和丙烯酸(甲基)丙烯酸酯。聚(丙烯酸)(paa)是一种丙烯酸酯聚合物。单体材料的大小影响交联材料的交联和性能。优选使用高分子量分子,其有利于纤维间(纤维之间)交联并提高材料的干强度和韧性。单体材料可以是单官能的、双官能的或三官能的或以上的。单体材料可以选自(甲基)丙烯酸酯。丙烯酸酯可以选自由以下各项组成的组:n-羟甲基丙烯酰胺(hmaa)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(1.6-hexanedioldiacrylate:hdoda)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(trimethylolpropanetriacrylate:tmpta)、双季戊四醇五丙烯酸酯(dipentaerythritolpentaacrylate)、己二醇二丙烯酸酯(hexanedioldiakrylate)、二-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯(di-trimetylolpropantetracrylate)、二缩三丙二醇二丙烯酸酯(tripropyleneglycoldiakrylate:trpgda)、三丙二醇二丙烯酸酯(tripropyleneglycoldiacrylate:tpgda)、丙氧基化甘油三丙烯酸酯(propoxylatedglyceryltriacrylate:gpta)、季戊四醇三丙烯酸酯(pentaerythritoltriacrylate:peta)、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ethoxylatedtrimethylolpropanetriacrylate:tmpeota)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(trimethylolpropanetrimethacrylate:tmptma)、双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯(ditrimethylolpropanetetraacrylate:ditmp4a)、二季戊四醇六丙烯酸酯(dipentaerythritolhexaacrylate:dpha)以及它们的任何组合。

另外的聚合物、低聚物和/或单体材料可以选自聚乙烯基化合物,其例如选自聚(乙烯基吡咯烷酮)(pvp)、聚(乙烯醇)(pva)、聚乙烯胺(pvam)和聚醋酸乙烯酯(pvac)以及它们的任何组合。

另外的聚合物、低聚物和/或单体材料可以选自多胺化合物,例如聚乙烯胺(pvam)和聚酰氨基胺(pamam)以及它们的任何组合。

另外的聚合物、低聚物和/或单体材料可以选自聚酰胺化合物,例如聚丙烯酰胺(pam)和亚甲基双丙烯酰胺(methylenebiscarylamide)以及它们的任何组合。

在一些实施方式中,可以加入酸以改善单体、低聚物和聚合物可交联材料的作用,这种酸可以是有机酸,例如羧酸。羧酸可以选自饱和羧酸、二羧酸和三羧酸。这种酸的实施例是柠檬酸、丙烯酸、己二酸、甲酸、丙酸、衣康酸(itaconicacid)等以及它们的任何组合。

优选地,选择的聚合物、低聚物和/或单体材料选自批准用于食品工业中的材料,诸如fda批准的材料,如淀粉、pva、cmc和tmpta。

根据用于交联的辐射类型,可选地使用光引发剂。紫外线辐射需要使用光引发剂。光引发剂可以选自芳族酮和胺、烷基苯偶姻醚(alkylbenzoinethers)、硫代酮(thioxathones)和衍生物、烷基氧化膦(alcylphosphineoxide)、酮肟酯(ketoximeester)、阳离子固化季铵盐(cationiccuringquaternaryammoniumsalts)、苯乙酮衍生物(acetophenonederivatives)。光引发剂的实施例是甲酮、苯乙酮、二苯酮(benzophenone)、噻吨酮(hioxanthones)、苯偶酰(benzil)和醌(quinones)以及它们的衍生物。甲酮可以是1-羟基环己基苯基酮(hchpk),并且苯乙酮可以是2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(dmpa)。

在本发明的一种实施方式中,将聚合物、低聚物和/或单体材料和任选的光引发剂的混合物加入到发泡纤维素中。可以在混合物中提供另外的组分,例如溶剂,如水和/或醇,例如甲醇、乙醇和/或丙醇。

另外的聚合物、低聚物和/或单体材料和任选的光引发剂混合物可以通过选自浸泡、辊涂、棒涂、刮涂和喷涂的方法涂布到发泡纤维素上。浸泡可以进行2-25秒,例如5-20秒或5-15秒。

另外的聚合物、低聚物和/或单体材料可以以发泡纤维素的约1-60重量%,诸如5-50重量%,10-40重量%或5-15重量%的量,被添加到发泡纤维素。

光引发剂可以以发泡纤维素的约0.05-5重量%,诸如0.5-2重量%的量添加到发泡纤维素中。

在包含另外的聚合物、低聚物和/或单体材料和任选的光引发剂的混合物的发泡纤维素交联之前,可以使经过处理的发泡纤维素进行干燥步骤。干燥步骤可用于蒸发存在的任何溶剂。水和/或醇溶剂可以蒸发。干燥步骤可以在室温或高温(例如约40-80℃)下进行。这受到所需干燥时间的影响。

暴露于辐射的时间会影响交联,从而影响材料的性能。根据一种实施方式,辐射暴露由汞灯提供。uv灯的效果可以是约1800w,并且提供为例如120w/cm。暴露时间可以约为0.5-30秒。暴露时间取决于透镜宽度、传送带速度和通道数量。

与uv辐射相比,eb辐射可以使用更短的暴露时间。eb辐射期间的剂量在100-1000kev时可以是约50-200kgy。

与固化交联材料的方法eb或uv无关,包含在发泡纤维素中的聚合物和/或单体将被充分交联,以限制不希望有的组分迁移到由包含所述发泡纤维素的包装材料形成的容器的内容物中。

使发泡纤维素受潮会进一步影响交联。交联可以在发泡纤维素中存在吸附水的情况下进行。特别是如果氨基甲酸酯基团存在于交联的发泡纤维素中,则可能发生另外的固化。这种可水分固化的聚氨酯可以进一步提高交联发泡纤维素和主体层的性能。

如本文的方面和实施方式中所述的包含发泡纤维素的主体层进一步提供所需的抗分层的强度,即其在标准条件下不容易分层。抗分层强度可以通过例如遵循tappit569的huygen内部结合能(internalbondingenergy)测试装置来确定,并且提供j/m2的值,其中本文的包装材料为约120-300j/m2,诸如约150-280j/m2,180-250j/m2,190-220j/m2,200-210j/m2或200-205j/m2。在一些方面和实施方式中,主体层提供阻隔层和最外侧的热塑性装饰层之间的距离,并且由此使定制的层压包装材料结构成为可能。在一些实施方式中,包含发泡纤维素的主体层提供与沿厚度方向的抗压强度结合的抗分层强度,这在隔离层和装饰层之间提供了足够的距离。

包含发泡纤维素的主体层进一步提供了由边缘芯吸指数确定的降低的边缘芯吸特性。边缘芯吸指数定义为在特定测试条件下由测试件边缘吸附的测试溶液量。结果以kg/m2表示。在纤维素片状材料的两侧贴附防水胶带.然后将样品切割成75mm(cd)×25mm(md)的尺寸。使用1%的乳酸溶液作为测试溶液。测量过程中的温度应为23℃。在浸泡前和浸泡后测量样品的重量。浸泡1小时。然后根据浸泡之前和之后的重量差除以样品边缘的总面积来计算边缘芯吸。样品边缘的总面积由纤维素片状材料的总边缘长度(0.075+0.075+0.025+0.025)乘以厚度给出。该方法的目的是评估样品抵抗测试液体渗透的能力。边缘芯吸指数优选在约0.1-4kg/m2的范围内,诸如0.1-3kg/m2,0.1-2kg/m2或0.1-1.5kg/m2。为了进一步提高对边缘芯吸的抵抗力,可以将施胶化学品(sizingchemical)(诸如akd)添加到纤维网络中。

发泡纤维素可以通过混合纤维素纤维和发泡流体(诸如水)和任选的表面活性剂(诸如十二烷基硫酸钠(sds))来产生。表面活性剂的量应该为0.1重量%至20重量%,诸如0.5重量%至10重量%,诸如1重量%至5重量%,诸如1.5重量%至3重量%。普通泡沫发生器上的转子混合器产生发泡纤维素。通常通过将气体引入混合物来形成泡沫。空气是合适的气体的实施例。另一种合适的气体是氧气。通常,气体通过加压气体和搅拌引起的涡流进入到混合物中。通常,纤维素被提供为包含纤维素纤维的液体分散体。液体的实施例是水。纤维素纤维的一些实施例是纤维素基纤维,诸如化学纸浆纤维、化学热机械纸浆纤维、热机械纸浆纤维和牛皮纸浆纤维。例如,可以在由流体(包括表面活性剂)产生泡沫之后将纤维分散体添加到发泡流体中。任选地,包含纤维素纤维的液体分散体可以在发泡之前与发泡流体结合。如有必要,可以添加用于控制泡沫稠度的添加剂。如本文所述产生的发泡纤维素穿过喷嘴装置(“流浆箱”),在该喷嘴装置中压力和成形工具产生被卷到卷轴上的发泡纤维素幅材,在至少部分干燥之后,并且在未来用于制备例如包装材料之前储存。任选地,发泡纤维素幅材可以在线使用,即直接施加附加层以将发泡纤维素幅材转换成用于液体或半液体食品包装的层压包装材料。与传统的造纸相比,为了获得所需的干燥度和密度,可以适当地使用额外的或改进的干燥。

在一些实施方式中,发泡纤维素可以与其他材料混合,其他材料例如添加剂和/或微原纤纤维素(mfc)和/或碳纳米纤维(cnf)和/或精制纤维和/或精制纸浆和/或强度化学品或试剂,诸如淀粉及其衍生物、甘露聚糖、羧甲基纤维素、三聚氰胺-甲醛胶体、脲醛树脂、聚酰胺-聚胺-表氯醇树脂。

mfc可以以发泡纤维素的2-30重量%的量加入,诸如5-25重量%,或10-20重量%的量加入。mfc能够在各个长纤维之间搭建桥梁,从而为纤维幅材提供额外的良好强度性能。

在一些实施方式中,包装材料包括在装饰层和主体层之间的附加层。附加层可以例如是纸或纸板层或聚合物膜。附加层可以在将成为包装容器外侧的一侧包含印刷。每当附加层是纸、纸板或纤维素层时,至少20g/m2的克重且在一些实施方式中在20至100g/m2之间的克重是适合的。纸层可以涂布有白色粘土层以改善表面的白度。每当附加层是聚合物膜时,其厚度应该在10-50μm之间。合适的膜的实施例为取向预制膜,诸如bopp(双向取向聚丙烯),bopet(双向取向聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚酰胺和取向高密度聚乙烯膜。

在一些实施方式中,附加层选自克重为20至100g/m2的纸层和厚度为10-50μm的聚合物膜。

根据本文公开的方面和实施方式,包装材料包含密度小于700kg/m3且包含发泡纤维素的主体层,所述包装材料进一步包含借助粘结层设置的附加层,诸如热塑性聚合物粘结层,诸如聚烯烃基聚合物或共聚物粘结层,其中结合层设置在主体层和附加层之间,并且所述附加层在与所述结合层相反的一侧上具有装饰层,所述主体层在与粘结层相反的一侧上设有阻隔层,该阻隔层在与主体层相反的一侧上设置有可热密封的层。装饰层是聚烯烃层,诸如将与包装容器的周围环境接触的上述最外侧的可热密封的聚烯烃层,例如ldpe或聚丙烯。装饰层提供额外的保护,例如防潮性和耐刮擦/耐磨性,以及包装容器的稳定性。

装饰层由面向所得包装容器的周围环境的可热密封的聚烯烃层构成,合适的聚烯烃是选自由ldpe、lldpe、vldpe、uldpe或mlldpe以及它们中的两种或更多种的共混物组成的组的低密度类型的聚乙烯,任选地其他聚烯烃诸如高密度聚乙烯(hdpe)、聚丙烯或丙烯共聚物或三元聚合物可用作面向周围环境的层。装饰层可以通过挤出涂布或其他合适的技术来施加。用作装饰层的聚乙烯的实施例是挤出级的ldpe,例如具有具有4-15(诸如6-9)的熔体流动指数(根据astmd1238,190℃/2.16kg测定)以及915-922kg/m3(诸如918-920kg/m3)的密度(根据iso1183,方法d测定)的ldpe。包装材料的装饰层的厚度例如在5μm-50μm之间,诸如7μm-30μm,诸如7μm-20μm,诸如8μm-15μm。

在与装饰层相反并且因此面向最终包装容器的内部的主体层的一侧上,例如通过中间层压层来设置阻隔层,其可以是例如hdpe、ldpe、聚丙烯的基于聚烯烃的层或另一种核实的热塑性聚合物层,诸如乙烯-丙烯酸共聚物(eaa),这进一步促进主体层和氧气阻隔层之间的粘合。任选地,主体层和/或阻隔层可以经过处理或改性以便实现层之间的粘合,在这种情况下可以不需要层压层。例如,可以使用使一个或多个基板的表面改性的涂层。在一些实施方式中,阻隔层选自纸层、铝箔和阻隔膜或涂层。当使用铝箔时,合适的厚度在3-15μm之间,诸如5-10μm,诸如5-8μm。在一些实施方式中,阻隔层可以与基板层一起施加。这种基板层可以由克重为约20-100g/m2,诸如20-80g/m2或30-70g/m2的薄的高密度纸制成。基板层可以被施加到阻隔层的至少一侧。在实施方式中,层压层通过使用市售的挤出设备的挤出工艺来施加。适合作为层压层的材料是已知的并且通常包含聚烯烃。根据一种实施方式,层压材料包含聚乙烯或其混合物。在聚乙烯的组内,层压层的性能可以变化并调整以便实现包装材料中的各种最终性能。因此,用于液体和半液体食品的期望类型的包装材料的层压层的变化主要在聚乙烯聚合物组内。合适的ldpe等级例如由dow、exxonmobile、borealis和ineos等制造,这些等级是本领域技术人员熟知的。层压层也可以选自乙烯和其他α-烯烃单体的共聚物(当然包括例如线性低密度聚乙烯),也可以选自不同比例的乙烯和丙烯的共聚物,例如由dow以名称“engage”和“affinity”销售的类型的所谓塑性体或弹性体,以及乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物,并且还可以选自乙烯、丙烯和α-烯烃单体的具有类似聚乙烯的性能的三元共聚物。可以帮助改善各种机械性能的聚合物的实施例是所谓的线性聚烯烃,例如使用常规催化剂或所谓的单点位催化剂或约束几何形状的催化剂生产的高密度聚乙烯(hdpe)、中密度聚乙烯(mdpe)、线性低密度聚乙烯(lldpe/vldpe/uldpe),包括所谓的茂金属-lldpe(mlldpe)和聚丙烯(pp)。极低密度聚乙烯(vldpe)和超低密度聚乙烯(uldpe)是线性低密度聚乙烯类别中的子类别的实施例。取决于共聚单体的类型和数量,这些聚合物通常在几个方面具有更高的耐久性。用于饮料和液体的期望类型的包装材料的层压材料的变化被发现在聚乙烯聚合物的组内,例如选自包括以下各项的组的聚合物:例如使用常规催化剂或所谓的单点位催化剂或约束几何形状的催化剂生产的低密度聚乙烯(ldpe)、高密度聚乙烯(hdpe)、中密度聚乙烯(mdpe)、线性低密度聚乙烯(lldpe/vldpe/uldpe),包括所谓的茂金属-lldpe(mlldpe)及其混合物或共混物;以及聚丙烯或丙烯共聚物或三聚物。合适的层压层的一个实施例是聚乙烯,例如挤出级的ldpe,例如具有2-13(诸如5-10)的熔体流动指数(根据astmd1238,190℃/2.16kg测定)和914-922kg/m3(诸如915-920kg/m3)的密度(根据iso1183,方法d测定)。包装材料的层压层的厚度例如为5μm-50μm,诸如10μm-30μm,诸如15μm-30μm,诸如17μm-25μm。

借助于在主体层的相反侧上的层压层来设置阻隔层,诸如氧气阻隔层(例如铝箔或聚合物膜,诸如气相沉积涂布的热塑性膜)。任选地,主体层和/或阻隔层可以经过处理或改性以便实现层之间的粘附,在这种情况下不需要层压层。例如,可以使用使一个或多个基板的表面改性的涂层。在一些实施方式中,阻隔层在与可选的层压层的相反侧上具有粘合剂。粘合剂在本领域技术人员的能力范围内根据与其接触的层的所需性能和相容性进行选择。当阻隔层是铝箔时,粘合剂的实施例是有具有羧酸官能团的共聚单体的乙烯共聚物,诸如乙烯丙烯酸共聚物,例如由dow以商品名或由dupont以商品名销售的。

通常,包装材料中存在的不同层可以例如通过显微镜检测。可能无法分离一个或多个层,例如来自可热密封的层的粘合剂,并且因此在某些实施方式中,形成包装容器内部的层是粘合剂和可热密封的层的组合,其中可热密封的层面向液体或半液体食品。如本文所述的包装材料的粘合剂层具有3μm至12μm,诸如4μm至10μm,诸如5μm至9μm的厚度。粘合剂层可以通过包括例如红外光谱(ir)的不同方法来表征。

包装材料包含最内侧的可热密封的层。可热密封的层的实施例是可热密封的聚烯烃聚合物,其作为朝向容器内部即与食品直接接触的层施加。用于最内层的可热密封的层可合适地为选自由ldpe、lldpe、vldpe、uldpe或mlldpe以及其中的两种或更多种的共混物组成的组的低密度类型的聚乙烯聚合物。可热密封的层的布置类似于层压层,并且上面结合层压层公开的内容也适用于可热密封的最内层。取决于由包装材料生产的包装容器的类型,在所附权利要求的范围内也可以想到高密度聚乙烯、聚丙烯或丙烯共聚物或三元聚合物的可热密封的最内层,只要它们与包装材料的其他组分以及特别是如本文所述的粘合剂相容并且与之结合以实现期望的效果即可。用作最内层的合适的实施例为ldpe和mlldpe之间的共混物(例如50/50、40/60、60/40、30/70、70/30、20/80、80/20重量%的共混比),诸如挤出级的ldpe,其例如具有2-12(诸如2-7,诸如2-5.5)的熔体流动指数(根据astmd1238,190℃/2.16kg测定)以及914-922kg/m3(诸如915-920kg/m3)的密度(根据iso1183,方法d测定)。适用于本文所述的方面和实施方式的mlldpe的实施例具有小于0.922kg/cm3的密度以及在190℃和2.16kg(astm1278)的条件下15-25的熔体流动指数(mfi)。另外的细节是众所周知的并且在本领域技术人员的能力范围内,可以例如在us6974612中获得额外的理解。包装材料的最内层的厚度例如在5μm-50μm之间,诸如10μm-30μm,诸如15μm-30μm,诸如17μm-25μm。自然地,上面提到的实施例是作为一般指导,并且其他聚合物也是可行的。

因此,包装材料的上述层例如并且常规地通过挤出技术施加在主体材料的相应侧。

因此,一些实施方式涉及包括装饰层的包装材料,包装材料在装饰层的一侧具有密度小于700kg/m3的主体层并且包含发泡纤维素,包装材料在与装饰层相反的一侧具有阻隔层,该阻隔层在与主体层相反的一侧具有可热密封的层。在一些实施方式中,阻隔层通过层压层设置在主体层处。这些层的材料选自上文所述的层。在一些实施方式中,包装材料用于生产液体或半液体食品的包装容器。在一些实施方式中,包装材料包括在主体层和装饰层之间的附加层。在一些实施方式中,附加层具有至少20g/m2的表面重量克重。如果需要,例如为了实现附加层和主体层之间的改善的粘合,存在结合层。在一些实施方式中,结合层选自在层压层的描述下列出的材料。在一些实施方式中,附加层是纸层或聚合物层或膜。在一些实施方式中,附加层可以经过表面涂布或表面改性以增加对相邻层的粘合力。

根据一种可行的生产方法,包装容器通过提供具有可选印刷的主体层和合适的折痕图案而获得,主体层具有用于开口的切孔,使得包装容器将具有至少一个孔(或变薄)。上述折痕图案用作用于形成最终包装(诸如tetraaseptic)的折叠线。例如可以在wo2012/163753的图3中看到折痕图案的实施例。主体层由卷供给,并且主体层幅材可选地用热和/或臭氧进行处理。借助于离开挤出机的塑料膜,在与可选印刷相反的一侧上设置层压层。通常,挤出材料的温度高于260℃,诸如高于280℃,诸如高于290℃,诸如高于300℃。对于某些材料,高于290℃的挤出层压温度是优选的。为了进一步描述挤出物,图3公开了适用于在主体层(12)上设置层压层(13)的挤出机(31)的示意图,另外示出了聚合物的熔融塑料膜(32)以成为设置在主体层幅材(35)上的层压层(13)。挤出机熔化并与聚合物混合。在共混物的情况下,挤出机也可以用于共混例如通过分开的料斗供应的聚合物。熔融膜(32)和主体层在辊(33)和(34)之间的辊隙中接合。使用类似的布置将其他聚合物层(粘合剂层和可热密封的层)添加到主体层(35)。阻隔层(14)可以由单独的辊设置并与层压层(13)或粘合剂一起设置。

在一种实施方式中,本文和所附权利要求书中描述的包装材料提供了一种包装材料,该包装材料包括装饰层(11),包装材料在装饰层的一侧具有附加层(27),所述附加层在与装饰层相反的一侧具有结合层以便设置主体层,所述主体层(12)在与装饰层(11)相反的一侧上具有层压层(13),所述层压层(13)在与主体层(12)相反的一侧具有氧气阻隔层(14),所述氧气阻隔层(14)在与层压层(13)相反的一侧上具有粘合剂(15),并且所述粘合剂(15)在与氧气阻隔层(14)相反的一侧具有可热密封的层(16)。在一种实施方式中,包装材料被转换成无菌包装容器。转换可以通过将包装材料的部分预先折叠并密封成坯件来执行。由坯料制成的包装例如是tetra和山顶形容器。坯件可以设有开启装置并且填充并密封在适合于处理坯料的灌装机中。从包装材料到包装容器的转换也可以使用连续的管状幅材形成-填充-密封技术例如在tetraa3speed/flex中进行。由根据本文所述的方面和实施方式的包装材料形成的包装容器可以具有任何已知的形状。在一些方面,本文描述的容器由于高质量包装材料涉及在装卸和配送时耐用并且在长期储存期间耐水分和氧气的大体砖形或楔形容器,这种高质量包装材料继而又提供足够的密封质量和气体阻隔性能。本文描述的方面和示例可能有用的用于液体包装的其他类型的基于纸板的包装是砖形包装容器、山顶形包装容器、楔形包装容器、方形包装容器、矩形包装容器或八角形包装容器。更具体地说,所谓的tetra、tetraaseptic、tetraedge、tetraaseptic、tetraaseptic、tetra和tetra和tetra包装或其他类型的瓶状包装包括基于纸板的包装材料的套筒、其折叠成形的套筒底部以及塑料模制材料的顶部和螺纹盖。本文描述的一种实施方式涉及已知大小诸如200ml、250ml、500ml和1000ml的tetra包装,其可选地可以具有方形底部或倾斜顶部,诸如tetraedge。

通常已经得出结论,在本发明的层压包装材料中可以显著减少纤维素纤维的量,尽管如此,本发明的层压包装材料通常维持食品包装的机械性能和适用性,特别是对于液体纸盒包装。另外,结合实施方式的描述来公开实施方式的详细描述。

实施例

将csf(加拿大标准游离度)值为530ml的约75重量%的云杉ctmp纤维与约25重量%的漂白软木化学木浆混合至约3-4%的浓度来混合得到含水纤维素纸浆。通过将约2重量%的十二烷基硫酸钠sds混入水中来制备发泡流体。在搅拌并同时加入加压空气之后,直至形成合适的泡沫,在连续搅拌和混合下将纤维分散体加入到泡沫中。由此获得的纤维泡沫被挤压通过喷嘴(流浆箱)并成型为多孔毡的移动幅材上的涂层以排出水,因此幅材状泡沫片材随后被干燥。

在第一具体实施方式中,研究了在使包装材料转变成层压包装材料期间的层压操作中的发泡纤维素的性能。

为了分析在层压过程中热和机械负荷对发泡纤维素的影响,对各种低密度材料进行了测试。测试的材料是发泡纤维素和发泡聚丙烯。包装材料结构的层压在具有两个挤出涂布站的柔性实验室层压机中完成。层压机设定为约100m/min的幅材速度,250-275n的幅材张力,并且参考辊隙负荷为25n/mm。在每次挤出涂布操作中,在约320℃的熔融挤出温度下,将15-20g/m2的ldpe熔融挤出到各侧上的发泡纤维素层上。通过使用显微镜olympusbx51光学测量层压前的原始厚度和层压后的厚度。样品制备通过使用微型切片机完成。

在图6中,示出了所产生的厚度减小。例如,id“fc3002x”意味着密度为300kg/m3的发泡纤维素以两倍于参考辊隙负荷的辊隙负荷进行层压。通常可以看出,与具有发泡聚合物材料的层压变体相比,发泡纤维素的剩余厚度明显更高。

还得出结论,通过挤出涂布的层压与密度为300kg/m3或更高的发泡纤维素一起配合良好。具有低重量发泡纤维素层的层压材料对层压热和压力更敏感,并且显示出发泡纤维素材料厚度的更大减小。

此外,由于加热的聚合物泡沫单元的熔化和再成型,聚合物泡沫的厚度减小是永久的,而在发泡纤维素中存在回弹效应,使得层压过程中的厚度减小反转至最终厚度,其在300-400kg/m3附近的密度下仅比在参考辊隙中减小约10-15%。发泡纤维素的密度越高,这种回弹效果或zd抗压强度越好。

在第二具体实施方式中,tetra250ml型的包装容器由层压包装材料制备,层压包装材料具有由相应生产的泡沫形成的主体层。包装材料包括12g/m2的ldpe装饰层,其被设置成包装的外侧。从装饰层开始的附加层是:70g/m2白纸;作为粘结层的15g/m2ldpe;发泡纤维素主体层,332kg/m3,243μm;20g/m2ldpe的层压层和约6μm铝箔的阻隔层,6g/m2的粘合剂(primacortm3440)以及ldpe(30重量%)和茂金属催化的线性低密度聚乙烯的共混物的19g/m2的热密封层。包装材料是在辊上获得的,其根据常规制造工艺进行处理以产生容纳橙汁的250mltetra包装容器。从这个测试中得出的结论是,与相应传统包装层压材料中具有一个常规纸板层的相应材料相比,纤维素纤维的量可以减小25%,传统包装层压材料具有12g/m2ldpe装饰、200g/m2纸板、20g/m2ldpe层压层、6μm铝箔、6g/m2粘合剂(primacortm3440)以及ldpe(30重量%)和茂金属催化的线性低密度聚乙烯的共混物的19g/m2的热密封层。

此外,除了减少层压包装材料中使用的材料的量之外,主体层仍然基于天然的可再生来源,即纤维素。

为了确定主体层的密度,根据包装材料的层,可以适用不同的程序。在多层包装材料中包含发泡纤维素的主体层的密度(kg/m3)可以通过将克重(kg/m2)除以厚度(m)来确定。厚度可以通过使用标准显微镜来获得。可以通过使用1dm2的包装材料圆盘的标准分离程序来获得单独的克重。所有测量都在23℃和50%相对湿度的受控环境中进行。使用天平(0.001g准确度)测量包装材料的总克重。包装材料在发泡纤维素层分裂以获得两个层片。将两个层片放置在含有铜乙二胺溶液的烧杯中,直到所有的纤维素纤维被容易地去除。此后,确定剩余克重,并且可以通过从总克重中减去剩余克重来计算发泡纤维素克重。每当至少一个层片包含铝层,程序应该测量每个层片的克重,并使用乙酸溶液代替铜乙二胺溶液,并使层片静置3到4小时。包装材料的层片的层被分成单独的层并且相应的单独的层的克重被确定并从总克重中减去。每当存在附加纸层,都应用上述方法,但是例如通过研磨除去纸层。研磨材料的重量被确定并在主体层的密度计算中适当地进行校正。

交联实施例

实施例uv

通过使用乙醇、tmpta(在图中显示为三丙烯酸酯)或五丙烯酸二戊赤藓醇酯(在图中显示为五丙烯酸酯)和hchpk的交联混合物作为光引发剂在发泡纤维素上进行测试。将发泡纤维素浸泡在交联混合物中约15秒。此后,发泡纤维素在约70℃的温度干燥。此后将经过浸泡和干燥的发泡纤维素进行uv辐射。通过在浸泡和干燥之前和之后对发泡纤维素片材进行称重来确定添加的交联材料的添加量。百分比与加入添加剂之前片材的重量有关。uv设备的灯功率为120瓦/厘米,总功率为1800瓦。传送带速度约为0.9-8.6米/分钟,研究单个或多个通道。总暴露时间在5.3-26.3秒之间变化。测量抗分层强度和边缘芯吸指数。密度随着添加的交联混合物的量增加而增加,例如从约332kg/m3的参考值至高达685kg/m3。通过添加交联混合物有助于纤维素纤维之间的交联,并且辐射提高了发泡纤维素的抗分层强度。

图7显示参考发泡纤维素和交联的发泡纤维素(具有tmpta和光引发剂)之间的差异。明显可以看出,与相同暴露时间下的多次通过相比,一次通过提供了更高的强度。参考值(非uv和uv)不符合所需的抗分层强度性能。

图8显示通过增加添加到发泡纤维素中的交联(三或五)丙烯酸酯的量,抗分层强度增大更多。由于交联度过高,因此优选不具有太高的抗分层强度,并且因此获得脆性材料。另外,抗分层强度过高也会影响材料的可回收性。

图9显示参考发泡纤维素和交联发泡纤维素(具有tmpta和光引发剂)之间的差异。该图中根据本发明的实施方式之间的差异是添加剂的量和uv暴露的方式。明显可以看出,发泡纤维素的交联对边缘芯吸指数具有积极影响。

图10显示通过增加添加到发泡纤维素中的交联(三或五)丙烯酸酯的量,边缘芯吸指数降低更多。

实施例eb

使用水和强度添加剂的液体溶液来浸渍片材。在淀粉和cmc的情况下使用可交联的强度添加剂。在一种情况下,将柠檬酸添加到cmc-水溶液中。

将片材浸泡15秒,然后不受约束地在23℃的平坦表面上干燥24小时。

在浸泡和干燥之前和之后测量每个单独片材的重量。然后将其用于计算强度添加剂的相应重量百分比。

然后用水的喷雾泡沫湿润片材,然后立刻使两侧暴露于eb辐射。辐射设定为100kev和200kgray。

在辐射暴露后,将片材在23℃的平面上不受约束地干燥24小时。

最后测量不同变体的抗分层强度。

结果表明,强度添加剂在所有情况下显著提高了抗分层强度。对于cmc的情况改善更显著。

当淀粉用作可交联强度添加剂时,eb暴露具有显著的效果。在柠檬酸与cmc结合的情况下,抗分层强度在eb暴露后略微增加。

图11显示了参考发泡纤维素与利用和不利用eb辐射的具有淀粉的发泡纤维素之间的差异。明显可以看出,当使用eb辐射时,与参考材料和未经辐射的材料相比,提供了更高的抗分层强度。

图12显示了参考发泡纤维素与利用和不利用eb辐射的具有cmc的发泡纤维素之间的差异。明显可以看出,当使用cmc时,与参考材料相比,提供了更高的抗分层强度。在使用eb辐射时,添加柠檬酸进一步提高了抗分层强度。

附图说明

参考附图,从以下详细描述将明白其他优点和有利的表征特征,在附图中:

图1a和1b是根据本文所述的方面的层压包装材料的剖视图。

图2a和2b是根据本文所述的方面的层压包装材料的剖视图。

图3是配置为使塑料和主体层结合的挤出机、挤出膜、纸或包装材料幅材和辊的示意图。

图4示出了根据本文描述的实施方式的由包装材料生产的包装容器的实施例。

图5示出了在连续形成、填充和密封过程中如何用包装材料制造这种包装容器的原理。

图7显示了暴露时间对抗分层强度的影响。

图8显示交联剂材料的量对抗分层强度的影响。

图9显示交联剂材料的量和暴露时间对边缘芯吸指数的影响。

图10显示了交联剂材料的量对边缘芯吸指数的影响。

图11显示交联剂材料的量对利用和不利用eb的抗分层强度的影响。

图12显示了交联剂材料对抗分层强度的影响。

具体实施方式

图1a示意性地显示了包装材料的横截面。装饰层(11)是聚烯烃,诸如合适的ldpe或pp。装饰层可以例如用于为印刷图案、设置在任何其他层中的孔和/或减薄(图中未示出)提供遮盖。在装饰层的一侧上设置主体层(12)。在主体层的与装饰层相反的另一侧,设置阻隔层(14)。如果需要,可以在阻隔层和主体层之间设置可选的层压层。类似地,一个或两个层可以被表面改性或包含涂层以提供主体层与阻隔层之间的充分粘合。根据由待包装产品确定的具体需要,阻隔层(14)提供所需的阻隔,诸如氧气、光、水和蒸气阻隔。阻隔层例如可以是铝箔或气相沉积膜,诸如金属化膜或气相沉积涂布的膜,例如pecvd涂布的膜。在主体层的相反侧上,阻隔层设置有可热密封的层(16),诸如合适的聚烯烃,诸如pe或pp或它们的共混物。在阻隔层和可热密封的层之间,当需要时可以使用粘合剂。可热密封的层是成品包装容器中面向产品的层。

图1b示意性地显示了包装材料的横截面。装饰层(11)是聚烯烃,诸如合适的ldpe或pp。装饰层可用于为印刷图案、设置在主体层(12)上的孔和/或减薄(图中未示出)提供遮盖,主体层设置在装饰层(11)的一侧。主体层(12)在与装饰层相反的一侧具有选自合适的聚烯烃诸如ldpe或pp的层压层(13)。层压层为设置在主体层(13)的相反侧上的氧气阻隔层(14)提供粘合力。根据由待包装产品确定的具体需要,阻隔层(14)提供所需的阻隔,诸如氧气、光、水和蒸气阻隔。阻隔层例如可以是铝箔或气相沉积膜,诸如金属化膜或气相沉积涂布的膜,例如pecvd涂布的膜。在与层压层相反的一侧上,粘合剂聚合物(15)被设置在阻隔层上。粘合剂聚合物(15)可以例如通过挤出涂布来施加。当阻隔层为铝箔时,粘合剂可以是合适的粘合剂,诸如以商标名销售的乙烯(甲基)丙烯酸共聚物(e(m)aa)。在阻隔层的相反侧上,粘合剂设置有可热密封的层(16),诸如合适的聚烯烃,诸如pe或pp或它们的共混物。可热密封的层是成品包装容器中面向产品的层。

图2a示意性地显示了包装材料的横截面。装饰层(21)是聚烯烃,诸如合适的ldpe或pp。装饰层可用于为印刷图案、设置在主体层(22)中的孔和/或减薄(图中未示出)提供遮盖,主体层设置在装饰层(21)的一侧。在装饰层(21)和主体层(22)之间设置纸或纤维素的附加层(27)。主体层(22)在与装饰层相反的一侧具有选自合适的聚烯烃诸如ldpe或pp的层压层(23)。层压层为设置在层压层(23)的相反侧上的氧气阻隔层(24)提供粘合力。根据由待包装产品确定的具体需要,阻隔层(24)提供所需的阻隔,诸如氧气、光、水和蒸气阻隔。阻隔层例如可以是铝箔或气相沉积膜,诸如金属化膜或气相沉积涂布的膜,例如pecvd(等离子体增强化学气相沉积)涂布的膜。在与层压层相反的一侧上,粘合剂聚合物(25)设置在阻隔层上。粘合剂(25)可以例如通过挤出涂布来施加。当阻隔层为铝箔时,粘合剂可以是以商标名销售的合适的乙烯(甲基)丙烯酸共聚物(e(m)aa)粘合剂。在阻隔层的相反侧上,粘合剂设置有可热密封的层(26),诸如合适的聚烯烃,诸如pe或pp或它们的共混物。可热密封的层是成品包装容器中面向产品的层。

图2b示意性地显示了包装材料的横截面。装饰层(21)是聚烯烃,诸如合适的ldpe或pp。装饰层可用于为印刷图案、设置在层压材料的一个或多个其他层中的孔和/或减薄(图中未示出)提供遮盖。在装饰层的一侧并且邻近装饰层,设置有表面重量约100g/m2或更低的薄纸27。薄纸层(27)通过中间热塑性外结合层(28)被层压到与装饰层相反的主体层(22)。结合层(28)可以选自合适的聚烯烃如ldpe或pp或它们的共混物。结合层(28)使主体纤维素层(22)和薄纸层(28)结合在一起。主体层(22)在主体层的与层压到结合层(28)的一侧相反的一侧上被进一步层压到热塑性聚合物的层压层(23)上。层压层(23)对设置在层压层(23)的相反侧上的氧气阻隔层(24)提供粘合力。基于由待包装的产品确定的具体需要,阻隔层(24)提供期望的阻隔,例如氧气、光、水和蒸气阻隔性。阻隔层例如可以是铝箔或气相沉积膜,诸如金属化或气相沉积涂布膜,诸如pecvd涂布膜。在与层压层相反的一侧上,粘合剂聚合物(25)被设置在阻隔层上。粘合剂(25)可以例如通过挤出涂布来施加。当阻隔层为铝箔时,粘合剂可以是以商标名销售的合适的乙烯(甲基)丙烯酸共聚物(e(m)aa)粘合剂。在阻隔层的相反侧上,粘合剂设置有可热密封的层(26),诸如合适的聚烯烃,诸如pe或pp或它们的共混物。可热密封的层是成品包装容器中面向产品的层。图3是挤出机(31)的示意图。示意图的挤出机适用于装饰层(11)、层压层(13)、粘合剂(15)和可热密封的层(16)的应用。作为实施例,层压层(13)可以施加在主体层(12)上,由此附图示出了将变成层压层(13)的聚合物的熔融塑料膜(32)通过熔融挤出涂布被设置到主体层幅材(35)上。挤出机熔化并与聚合物混合。在层为聚合物共混物的情况下,挤出机也可以用于使聚合物共混,聚合物例如经由用于聚合物粒料的单独的料斗来供应。熔融膜(32)和主体层在施加压力的辊(33)和(34)之间的层压辊隙中粘合。其中一个辊可以是冷却辊,它可以降低聚合物在辊隙中的温度。类似地,包装材料的其他聚合物可以被添加到主体层(35)。阻隔层(14)例如可以从单独的辊送出并且与层压层(13)一起或者利用粘合剂被供给穿过层压辊隙。

图4示出了由图1或图2中描述的包装材料制成的包装容器50a的实施例。包装容器特别适用于液体或半液体食品,诸如饮料、酱汁、汤等。典型地,这样的包装具有约100至约2000ml的体积。它可以是任何构造,诸如本文先前描述的那些,但是例如是砖形的,分别具有纵向和横向密封51a和52a,并且可选地具有开口装置53。在另一种未示出的实施方式中,包装容器可以成形为楔形。为了获得这种“楔形”,只有包装的底部被折叠成形,使得底部的横向热密封被隐藏在三角形角落片下方,其被折叠并密封在包装的底部。顶部截面横向密封保持展开状态。以这种方式,当被放置在食品商店中的搁架或桌子等上时,半折叠的包装容器仍然容易处理并且尺寸稳定(即基本保持外形和形状)。

图5示出了在本申请的介绍中描述的原理,即通过在重叠的热密封接头73中彼此联合的幅材的纵向边缘72、72'使包装材料的幅材形成为管71。该管用预期的液体食品填充74,并且通过在管的填充内容物的液位线下方以预定距离彼此间隔开的管的重复的横向密封75被分成单独的包装。

包装76通过横向密封中的切口而分开,并且通过沿着材料中预制的折痕线折叠形成而得到所需的几何构造。

本发明不受上面所示和所述的实施方式的限制,而是可以在权利要求书的范围内变化。在不脱离所附权利要求书中公开的概念的情况下对于本领域技术人员明显的修改和变更是可行的。

实施方式

一种用于液体或半液体食品的包装容器的包装材料,其包括装饰层(11),所述包装材料在所述装饰层的一侧具有主体层(12),主体层(12)具有小于700kg/m3的密度和厚度为主体层的至少25%的交联发泡纤维素,所述主体层在与装饰层(11)相反的一侧具有阻隔层(14),所述阻隔层在与主体层(12)相反的一侧具有可热密封的层(16)。

所述包装材料,包括所述可热密封的层和所述阻隔层之间的粘合剂。

所述包装材料,包括在所述主体层和所述阻隔层之间的层压层。

所述包装材料,包括在所述装饰层和所述主体层之间的附加层。

所述包装材料,其中所述附加层是纸或纸板层或取向聚合物膜。

所述包装材料,其中所述附加层是具有至少20g/m2的克重的纸层。所述包装材料,包括在所述附加层和所述主体层之间的粘结层。

所述包装材料,其中所述主体层的密度是100至600kg/m3,诸如100至500kg/m3,诸如200至500kg/m3,诸如300至500kg/m3,诸如300至400kg/m3

所述包装材料,其中所述主体层的表面重量克重是至少20g/m2,诸如至少60g/m2,诸如介于60至250g/m2之间。

所述包装材料,其中所述装饰层选自可热密封的聚烯烃层,其选自由以下各项组成的组:低密度聚乙烯(ldpe)、线性低密度聚乙烯(lldpe)、极低密度聚乙烯(vldpe)、超低密度聚乙烯(uldpe)或通过使用茂金属催化剂(mlldpe)制造的lldpe以及它们中的两种或更多种的共混物;高密度聚乙烯(hdpe);聚丙烯或丙烯共聚物或三元共聚物。

所述包装材料,其中所述层压层和所述可热密封的层分别选自由以下各项组成的组:低密度聚乙烯(ldpe)、高密度聚乙烯(hdpe)、中密度聚乙烯(mdpe)、线性低密度聚乙烯(lldpe)、极低密度聚乙烯(vldpe)、超低密度聚乙烯(uldpe)或通过使用茂金属催化剂(mlldpe)制造的lldpe以及它们的共混物;聚丙烯或丙烯共聚物或三元共聚物。

所述包装材料,其中所述氧气阻隔层选自由铝箔和气相沉积涂层膜,诸如金属化或化学气相沉积涂层膜组成的组。

所述包装材料,其中所述包装材料具有根据tappit569确定的120-300j/m2的抗分层强度。

一种由根据本发明的包装材料制造的包装容器,其中所述包装容器是用于液体或半液体食品的容器。

所述包装容器,其中所述包装容器是砖形包装容器、山顶形包装容器、楔形包装容器、方形包装容器、矩形包装容器或八角形包装容器或袋。

一种提供用于液体或半液体食品的包装容器的包装材料的方法,其中所述方法包括:

提供发泡纤维素;

通过以下方式使所述发泡纤维素交联:

a)与包含聚合物材料和/或单体材料和任选的光引发剂的交联混合物接触,和/或

b)使所述发泡纤维素至少部分官能化并任选地提供光引发剂,

并且进行辐射以提供交联的发泡纤维素;

提供密度小于700kg/m3并且包含交联的发泡纤维素的主体层;

在主体层的一侧上提供聚烯烃装饰层;

在与所述装饰层相反的一侧上提供阻隔层;

在所述阻隔层上与所述主体层相反的一侧上提供可热密封的层;并且

其中所述包装材料通过挤出层压和/或热压层压获得。

所述方法还包括在所述可热密封的层和所述阻隔层之间提供粘合剂的步骤。

所述方法还包括在所述主体层和所述阻隔层之间提供层压层的步骤。

所述方法还包括在所述装饰层和所述主体层之间提供附加层的步骤。

所述方法,其中所述附加层是纸或纸板层或取向聚合物膜。

所述方法,其中所述附加层是具有至少20g/m2的克重的纸层。

所述方法还包括在所述附加层和所述主体层之间提供结合层的步骤。

所述方法,其中所述主体层的密度为100至600kg/m3,诸如100至500kg/m3,诸如200至500kg/m3,诸如300至500kg/m3,诸如300至400kg/m3

所述方法,其中所述主体层的表面重量克重是至少20g/m2,诸如至少60g/m2,诸如介于60至250g/m2之间。

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