可热密封的可再浆化纤维素基多层包装材料、其制造方法和包装容器与流程

本发明涉及一种可热密封的基本上植物基且可再浆化的多层包装材料，其包含纸、纸板或其他纤维素基材料的本体层，并且涉及其制造方法。本发明还涉及用于氧敏感食品包装、尤其是液体或半液体食品包装的多层纸盒包装材料，并且涉及包含多层包装材料的基于纸盒的包装容器。

背景技术：

1、单次使用一次性类型的包装容器通常由基于纸板或纸盒的多层包装层压件制成。这种用于食品包装的多层包装材料通常具有包含高比例高质量纤维素纤维的优点，这使得它们成为纸盒回收商使其再浆化并返回到新造纸工艺中的理想选择。

2、当由这种包装材料制成的包装容器需要一定的紧密性，即防止液体和水分从填充的产品泄漏和/或防止物质(例如污垢或液体)从外部环境进入包装内部的紧密性时，包装材料通常折叠成形并借助于熔融熔合多层包装材料的最外可热密封层而自身热密封。因此，这种最外热密封层由热塑性聚合物制成的塑料制成，其在加热时部分地再熔融，以便当压向类似相容的热塑性聚合物的第二表面时允许熔融熔合或焊接。这种热塑性聚合物的常见示例是聚烯烃，例如聚乙烯和聚丙烯，以及聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。

3、然而，纤维素纤维回收商并不重视热塑性聚合物，因为它可能被视为价值较低的废物部分。它需要从纤维部分中分离出来，其进一步的用途很大程度上取决于聚合物含量的类型及其纯度。

4、由于不同类型的包装容器涉及不同类型的这种热塑性聚合物，因此很难在同一回收流中回收这种塑料-纸盒层压件，因为塑料的回收部分将是各种聚合物的混合物，并且聚合物的混合物可能会在质量和物理特性上有时会有所不同，从而使得其作为新产品的回收材料来源有些不可靠。通常，这种分离和回收的塑料部分会被简单地焚烧，或用于低档成品，例如废物袋或塑料花盆。

5、近年来，进一步逐渐清楚的是，一次性塑料和包装用塑料通常源自化石来源，因此对气候变化的影响更大，需要大幅减少并纳入材料循环经济，以便这些材料可以多次回收并被视为宝贵的资源而不是废物。

6、这是一个挑战，因为塑料材料通常对于将多个层层压在一起形成有效的层压材料(即用于将各个层粘合在一起)，以及对于在由其形成包装容器的过程中将层压材料进行自身热密封是必要的。

7、此外，为了简化回收，迫切需要降低层压聚合物材料的复杂性，例如具有具备各种阻隔性能(例如氧气阻隔性能)的若干不同聚合物层的多层包装材料中的复杂性。

8、因此，对于可回收性，通常的目标是减少多层包装材料中聚合物的比例，并进一步降低其复杂性。优选地，层压包装材料中使用的聚合物应该是可一起回收的相同类型，并且进一步以尽可能低的量使用。今天许多国家可能存在用于聚乙烯或聚烯烃回收，或用于回收聚对苯二甲酸乙二醇酯的聚合物废物流，但在各种阻隔材料和混合材料中使用了大量的聚合物，但它们并不都有自己的回收流，并且尚不清楚如何对材料进行分类和再生。由于现在也正在探索植物基聚合物材料(即并非源自化石材料来源的聚合物)来减少二氧化碳排放，因此复杂性进一步增加。

9、为了完整起见，常见的热塑性聚合物，例如聚烯烃和聚对苯二甲酸乙二醇酯，也可以由植物基原材料来源(例如甘蔗和其他生物质)制造。然而，这种“绿色”聚合物(即植物基聚合物，即可再生或非化石来源的聚合物)的特性和性质将与其化石基对应物相同，因此它们将需要回收成塑料部分，即保持与其他植物基材料(例如纤维素纤维)分开。

10、此外，可堆肥和可生物降解材料也得到了更大程度的探索，它们可能具有与传统热塑性聚合物完全不同的特性。然而，它们不能与纤维素纤维一起在同一部分中回收，或者是水分散性的，从这个意义上来讲，它们仍然是“塑料”。它们甚至可能根本不可回收。

11、一个类型的植物基聚合物是基于再生纤维素的聚合物。有许多不同的这种再生聚合物是通过化学改性和溶解纤维素制成的，作为可用于膜和纤维(例如用于纺织品和包装塑料，例如人造丝、粘胶和所谓的玻璃纸)的新形式的聚合物重新获取。然而，所获得的新聚合物是并且表现得更像“塑料”，并且不可能与再浆化(即再分散)的天然纤维素材料一起并在同一回收部分内回收。因此，仅从同一原材料来源获得纸张和聚合物材料几乎没有什么好处。此外，至少在过去，这种聚合物的化学改性通常不是环境友好型的。

12、因此，再生纤维素也需要被分离并收集成其自身的回收部分，并且甚至可能本身不是均质材料，因为不同的这种再生聚合物可能基于不同的改性化学并且对相同的处理表现和反应不同。

13、国际申请wo2018/146386a1和wo2016/193542及其前期工作中已经描述了这种化学改性和再生纤维素的更新类型。

14、国际申请wo2018/135994a1中描述了另一种类型的改性纤维素，即部分改性为二醇纤维素的纤维状纤维素，其表现出一些热塑性行为。

15、常见类型的基于纸盒包装层压件的包装容器的一个示例是以商标利(tetra brik)销售，并且主要用于液体食品(例如奶、果汁等)的无菌包装，其经销售用于长期环境储存。这种已知的包装容器中的包装材料通常是层压件，其包括纸、纸板或其他纤维素基材料的本体层或芯层，以及热塑性塑料的外液密且可热密封层。为了使包装容器气密，特别是氧气气密，例如为了无菌包装和奶或果汁包装的目的，这些包装容器中的层压件通常包括至少一个附加层，最常见的是铝箔。

16、在层压件的内侧，即旨在面向由层压件生产的容器的填充食品内容物的一侧，因此存在施加到铝箔上的最内层，该最内内侧层可以由一个或多个部分层组成，其包括可热密封的热塑性聚合物，例如粘合剂聚合物和/或聚烯烃。同样在本体层的外侧，通常存在最外可热密封热塑性聚合物层。

17、包装容器通常借助于现代高速包装机来生产，该类型的包装机由卷材或包装材料预制坯料形成、填充和密封包装。因此，可以通过将内部和最外可热密封热塑性聚合物层焊接在一起，使卷材的两个纵向边缘以搭接接头彼此结合在一起，将层压包装材料的卷材重新形成管来生产包装容器。将该管填充预期的液体食品，并且随后通过在管中内容物的水平以下彼此相距预定距离来重复横向密封该管而将该管分成一个个包装。通过沿横向密封的切口将包装与管分离，并通过沿包装材料中准备好的折痕线进行折叠成形而赋予这些包装所需的几何构造，通常为平行六面体。

18、这种连续管成形、填充和密封包装方法概念的主要优点是，可以在管成形之前连续对卷材进行灭菌，从而提供了无菌包装方法的可能性，即这样一种方法，其中待填充的液体内容物以及包装材料本身都减少了细菌，并且填充后的包装容器是在清洁的条件下生产的，使得填充后的包装即使在环境温度下也可以长期储存，而不存在微生物在填充产品中生长的风险。如上所述，型包装方法的另一个重要优势是连续高速包装的可能性，这对成本效率具有相当大的影响。

19、用于敏感液体食品(例如奶或果汁)的包装容器也可以由本发明的层压包装材料的片状坯料或预制坯料生产。由折叠平的包装层压件的管状坯料生产包装，首先将坯料直立以形成开口管状容器胶囊，其一个开口端借助于整体端板的折叠和热密封而封闭。由此封闭的容器胶囊通过其开口端填充有预期的食品(例如果汁)，然后借助于相应的整体端板的进一步折叠和热密封来封闭。由片状和管状坯料制成的包装容器的示例是传统的所谓的山形顶包装。还存在具有由塑料制成的模制顶部和/或螺帽的这种类型的包装。

20、传统的基于纸盒的多层包装材料具有相当厚的铝箔氧气阻隔层(例如5至10μm)，多年来一直是液态食品无菌和常温包装的标准优质包装材料。

21、长期以来一直在努力开发用于液体食品纸盒包装的非铝箔材料，以通过减少源自铝金属生产的材料部分来减少总“碳足迹”。

22、一些开发涉及具有阻隔功能的预制膜或片材，其可以简单地替代铝箔。替代的开发已经寻求在层压材料中组合几个单独的阻隔层。

23、类似的多层包装材料可用于干燥的但对氧敏感的食品，例如奶粉和其他干燥食品，仍然通过热密封管填充或坯料填充原理工作，以获得最佳的卫生性能，以实现并确保长期储存(保质期长)，并且抵抗外部环境中的气体、微生物和物质进入包装而引起的降解。与用于液体或半液体食品的砖形或长方体类型的包装不同，这种包装可以基于薄纸而不是本体层，并且可以是袋的形式而不是长方体形状的包装。

24、上述包装以高速连续大量生产(例如每小时数千个包装)，从而形成了全球消耗性包装和一次性塑料的重要部分。考虑到每个包装可能含有大含量的塑料，可以理解，减少甚至消除该含量将对气候和环境有巨大的益处。

25、因此，考虑到现有技术的包装材料，在可回收性和环境可持续性方面，存在对改进的可热密封的基于纸盒的多层包装材料的需求和机会。

技术实现思路

1、因此，本发明的一个目的是提供一种更好的可回收性和更可持续的可热密封的基于纸盒的多层包装材料。

2、本发明的总体目的还在于提供一种改进的可热密封的基于纸盒的多层包装材料，其基本上是植物基的，即是可再生(非化石)来源的，并且基本上可再浆化成一种和同一纤维素纤维回收部分。

3、本发明的具体目的是提供用于氧敏感产品的可热密封的基于纸盒的多层包装材料，例如不含铝箔(即所谓的“非箔”)但具有适合长期无菌包装的良好气体和其他阻隔性能且基本上是植物基且基本上可再浆化为一种且同一纤维素纤维回收部分的层压包装材料。

4、另一具体目的是提供用于液体或半液体食品的这种可热密封的基于纸盒的多层包装材料。

5、根据本发明，这些目的可通过如在所附权利要求中所定义的，改进的可热密封的基本上植物基且可再浆化的基于纸盒的多层包装材料、热密封包装容器及包装材料的制造方法来实现。

6、根据本发明的第一方面，提供了一种可热密封的基本上植物基且可再浆化的多层包装材料，其包含纸、纸板或其他纤维素基材料的本体层；第一最外保护性水分散性层或涂层，其用于朝向所形成的包装容器的外部；以及第二最内可热密封层，其用于朝向并形成包装容器的内部，其中第二最内可热密封层由纤维素纤维组合物制成，该纤维素纤维组合物包含纤维素纤维、任选的添加剂和任选的增塑剂，该纤维素纤维被部分改性以含有二醇纤维素，并且其中最内层中改性纤维素纤维的量按干重计为80wt％至100wt％；并且其中基于纤维素纤维中可氧化的c2-c3键的总数，部分改性的纤维素向二醇纤维素的转化度为至少10％，以提供完整的多层包装材料，包含第二最内可热密封层，其基本上基于植物并且可再浆化成一种且同一纤维素纤维回收部分。

7、这意味着多层包装材料的材料是植物基的，还是基本上可再分散在水性介质中的，使得它们可以与纸板本体层的纤维部分一起回收。仅少量，例如小于10重量％，例如小于7重量％的材料不能与纤维一起回收，而是作为残次品或废物部分被收集。因此，多层包装材料的植物基且可再浆化的内容物将构成至少90重量％，例如至少93重量％。第一最外保护性水分散性层或涂层还可包括纤维素纤维组合物，其包括纤维素纤维、任选的添加剂和任选的增塑剂，其中纤维素纤维至少部分改性以含有二醇纤维素，其中第一最外层中的改性纤维素纤维的量按干重计为80wt％至100wt％；并且其中基于纤维素材料中可氧化的c2-c3键的总数，至少部分改性的纤维素向二醇纤维素的转化度为至少10％，以还使得第一最外保护性水分散性层可热密封、植物基且可再浆化。

8、已成功得出结论，使用上述纤维素纤维组合物使得可减少甚至避免在第二最内层中使用通常源自化石来源的常规热塑性聚合物。因此，纤维素纤维组合物可以通过以下方式做出贡献：其是植物基来源、其制造和化学改性不存在环境问题、以及可再浆化，即可再分散在水中。这是可能的，因为它仍然处于原始纤维形式，并且其性质和特性与天然纤维素相似。对二醇纤维素的化学改性使得纤维素尽管仍然是纤维组合物但仍表现出热塑性行为。纤维素不需要与常规热塑性聚合物混合以用作第二最内可热密封层，并且它可以提供足够强的热密封，同时以与相邻或层压纸层中的纤维素纤维相同的方式保持可再浆化。

9、可热密封的基本上植物基且可再浆化的多层包装材料还可具有包含布置在本体层和第二最内可热密封层之间的气体阻隔材料的层或多层部分。

10、多层包装材料内的不同层或多层部分可借助于包含干重0.5至5g/m2的水分散性薄粘合剂的薄层压层彼此层压，该薄层压层可通过湿分散层压与中间的水性粘合剂组合物获得。

11、通过选择和优化阻隔层或涂层及任何必要层压层的组分，从而可进一步将多层包装材料中热塑性聚合物的量减少到最低限度，从而产生基本上植物基且可再浆化的包装材料。

12、根据本发明的第二方面，提供了一种热密封包装容器，其包括可热密封的基本上植物基且可再浆化的多层包装材料。包装容器可用于包装液体、半固体或湿食品。根据一种实施方案，包装容器至少部分地由本发明的层压包装材料制成，并且根据另一实施方案，其整体由层压包装材料制成。

13、根据本发明的第三方面，提供了一种制造根据上述第一方面所定义的可热密封的基本上植物基且可再浆化的多层包装材料的方法，该方法包括：

14、第一步骤：提供并推进衬底卷材，该衬底卷材是基本上植物基且可再浆化的预层压衬底结构或单个衬底层的卷材；第二步骤：提供包含纤维素纤维、任选的添加剂和任选的增塑剂的纤维素纤维组合物，其中纤维素纤维被部分改性以含有二醇纤维素，并且其中改性纤维素纤维的量以每干物质重量计算为80wt％至100wt％；并且其中基于纤维素中可氧化的c2-c3键的总数，部分改性的纤维素向二元醇纤维素的转化度为至少10％；以及第三步骤：将纤维素纤维组合物施加到衬底卷材上，以在可热密封的基本上植物基且可再浆化的多层包装材料中形成第二最内可热密封层，以朝向并形成包装容器的内部。

15、将纤维素纤维组合物施加到衬底卷材上的第三步骤可以通过挤出涂覆来进行，或者可替代地，通过借助于中间的粘合层将由纤维素纤维组合物制成的预制膜或片材层压到衬底卷材上来进行。

16、衬底卷材可以是预层压的多层结构，其包括本体层和包含气体阻隔材料的层或多层部分。

17、如果干纤维素纤维组合物的厚度和量不太高，例如低于25g/m2，例如低于20g/m2，则其可以替代地借助于水分散体涂覆并随后干燥来施加。

18、根据一种实施方案，该方法包括：第四步骤：将与第二最内可热密封层类似或相同的纤维素纤维组合物施加到衬底卷材的相对侧上以形成第一最外保护性水分散性层或涂层，其因此也由纤维素纤维组合物制成，该纤维素纤维组合物包含纤维素纤维、任选的添加剂和任选的增塑剂，其中纤维素纤维被部分改性以含有二醇纤维素，其中第一最外层中改性纤维素纤维的量按干重计为80重量％至100重量％；并且其中基于纤维素材料中可氧化的c2-c3键的总数，部分改性的纤维素向二醇纤维素的转化度为至少10％，以还使得第一最外保护性水分散性层可热密封、植物基且可再浆化。

19、通过第三方面的方法，因此可制造本发明第一方面的改进的可热密封的基于纸盒的多层包装材料。