用于制造生物可降解包裝材料的方法、生物可降解包裝材料以及由其制成的包裝和容器的制造方法
【專利說(shuō)明】用于制造生物可降解包裝材料的方法、生物可降解包裝材 料以及由其制成的包裝和容器
[0001] 發(fā)明背景
[0002] 本發(fā)明涉及制造生物可降解包裝材料的方法，所述方法包括向纖維基板上共擠出 多層聚合物涂層。本發(fā)明還涉及通過(guò)所述方法得到的生物可降解包裝材料以及包含根據(jù)本 發(fā)明的包裝材料的容器和產(chǎn)品包裝。
[0003] 產(chǎn)品包裝的基于纖維的包裝材料，如包裝紙或板，通常設(shè)置有使得包裝緊密并且 允許通過(guò)熱密封將包裝封閉的聚合物涂層。類似的涂有聚合物的紙或板還用于一次性餐 具，如飲用杯。聚烯烴，如低密度聚乙烯（LDPE)，由于其良好的熱密封性而被廣泛地用于涂 層。然而，普通聚烯烴的缺點(diǎn)在于，它們不是生物可降解的。
[0004] 具有對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)足夠的相當(dāng)好的水分和氣體阻擋性的聚交酯（PLA)已被 用作生物可降解包裝材料的涂層聚合物；然而，其使用涉及許多問(wèn)題。標(biāo)準(zhǔn)的低熔體指數(shù)聚 交酯是硬且脆的，需要高的擠出溫度和相當(dāng)大的層厚度以粘附到包裝材料的纖維基板。由 于高溫，聚交酯有劣化的風(fēng)險(xiǎn)，并且在擠出中，熔融片料的邊緣容易撕裂并且針孔容易保留 在擠出層中。這還造成了低的機(jī)器速度。
[0005] 為了解決擠出問(wèn)題，EP-1094944 Bl公開(kāi)了內(nèi)部粘合層，其與外部聚交酯層一起共 擠出并且由生物可降解聚合物組成，根據(jù)說(shuō)明書(shū)，所述生物可降解聚合物的實(shí)例包括一些 市售共聚酯，纖維素酯和聚酯酰胺。
[0006] 在包裝材料的外涂層中使用低熔體指數(shù)聚交酯的另一個(gè)問(wèn)題是其相當(dāng)高的熔點(diǎn)， 和所得到的較差的熱密封能力。作為對(duì)此的改進(jìn)，US-2002/0065345 Al公開(kāi)了與聚交酯 (其在混合物中的份額為至少9% )和增粘劑（其在混合物中的份額為至少1% )共混的生 物可降解的脂族聚酯。作為適合的脂族聚酯，該公開(kāi)提及了聚己內(nèi)酯（PLC)和聚琥珀酸己 二酸丁二醇酯（PBSA)。根據(jù)該參考文獻(xiàn)，可以將混合物擠出成膜，所述膜可以軸向或雙軸向 拉伸并且可以通過(guò)層壓附著于纖維基板。
[0007] 通常，可以通過(guò)與所選的聚合物添加劑共混來(lái)提高對(duì)纖維基底的粘附性和PLA的 熱密封性，但是這些已經(jīng)構(gòu)成了多種限制其應(yīng)用的問(wèn)題。存在可以僅以少量使用因此不損 害基于PLA的涂層的整體生物可降解性的生物不可降解聚合物?？梢砸暂^大量使用其他生 物可降解的聚合物，但是即使那樣，與在擠壓涂布機(jī)上的流動(dòng)性（runnabi I ity)有關(guān)的問(wèn) 題可能會(huì)限制其應(yīng)用。
[0008] 在本申請(qǐng)的申請(qǐng)日仍然保密的FI 20115745教導(dǎo)了，含有至少70重量％的聚交酯 和至少5重量％的聚琥珀酸丁二醇酯（PBS)或其衍生物的涂層具有對(duì)纖維基板的提高的粘 附和降低的毛邊滲透（raw edge penetration，REP)。對(duì)于涂布機(jī)中擠壓涂布過(guò)程的流動(dòng)性 來(lái)說(shuō)，70%以上的PLA高份額是必需的。因此，即使對(duì)于進(jìn)一步提高熱密封性來(lái)說(shuō)增加 PBS 份額將會(huì)是另外合乎需要的，對(duì)于PBS的份額來(lái)說(shuō)，存在30重量％的上限。
[0009] 由于其對(duì)于擠壓涂布的適用性，用于涂布纖維包裝材料的PLA通常是具有至多 25g/10分鐘的熔體指數(shù)（210°C ;2. 16kg)的低熔體指數(shù)PLA。高熔體指數(shù)PLA對(duì)于這樣擠 出來(lái)說(shuō)太粘。將高熔體指數(shù)PLA與其他較硬的聚合物共混提高了可擠出性，同時(shí)聚合物添 加劑可以選自為共混物提供提高的粘附性和熱密封性的這種生物可降解聚合物。同時(shí)，可 以比用標(biāo)準(zhǔn)的低熔體指數(shù)PLA更大幅度地提高所加入的聚合物的份額。
[0010] 在WO 2010/034712 Al中，公開(kāi)了在纖維基底上的三層涂層，其包括與生物可降解 聚酯共混的PLA的最內(nèi)層和最外層以及這種共混物或僅PLA的中間層。所選擇的聚酯是聚 己二酸對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBAT)，但是也可以存在一定量的其他聚酯如PBS。用于多層 結(jié)構(gòu)的PLA是NatureWorks 3251 D，其為高熔體指數(shù)PLA。這意味著，100% PLA的中間層 的教導(dǎo)在實(shí)踐中是不可行的。必須存在與PLA共混的聚酯以將材料轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓴D出的。在工 作實(shí)例中，中間層中PLA的份額為80%并且在內(nèi)層和外層中為60%。較硬的內(nèi)層和外層因 此用于在共擠出中支持較松散的內(nèi)層。
[0011] 仍然存在提高共擠出過(guò)程中機(jī)器速度同時(shí)保持所得到的涂有聚合物的纖維包裝 材料的良好的粘附性和熱密封性的需求。這些目標(biāo)應(yīng)該在提高經(jīng)濟(jì)效益而不損害所得到的 產(chǎn)品的環(huán)保特性的情況下實(shí)現(xiàn)。
[0012] 發(fā)明概述
[0013] 本發(fā)明的發(fā)明人的目標(biāo)是尋找用于纖維包裝材料的多層聚合物涂層的更快的方 法。尤其是，目標(biāo)是提高紙或板機(jī)械的流動(dòng)性。此外，目標(biāo)是尋找一種涂布的纖維包裝材 料，在其中多層涂層具有對(duì)纖維基板的良好的粘附性，其可以容易地?zé)崦芊猓⑶移洚a(chǎn)生了 降低的材料成本。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的解決方案是向纖維基板上共擠出多層涂層，所述多層涂層包括（i) 包含20-95重量％的第一聚交酯和5-80重量％的另一種生物可降解聚合物的共混物的最 內(nèi)層，（ii)含有第二聚交酯的中間層，以及（iii)包含20-95重量％的第三聚交酯和5-80 重量％的另一種生物可降解聚合物的共混物的最外層，所述第二聚交酯的熔體指數(shù)低于所 述第一聚交酯和所述第三聚交酯的熔體指數(shù)。
[0015] 優(yōu)選地，所述第一聚交酯和第三聚交酯是一種且相同的較高熔體指數(shù)聚交酯。此 外，最內(nèi)層和最外層的共混物中的所述其他生物可降解聚合物優(yōu)選為一種且相同的聚合 物。因此，相同的聚合物共混物可以用于最內(nèi)和最外涂層二者，這極大地簡(jiǎn)化了共擠出過(guò) 程。
[0016] 本發(fā)明可以包括向纖維基板上共擠出多層涂層，所述多層涂層包括⑴包含 20-95重量％的具有大于35g/10分鐘的較高熔體指數(shù)（210°C ;2. 16kg)的聚交酯和5-80 重量％的另一種生物可降解聚合物的共混物的最內(nèi)層、（ii)含有具有5-35g/10分鐘的較 低熔體指數(shù)（210°C ;2. 16kg)的聚交酯的中間層以及（iii)包含20-95重量％的具有大于 35g/10分鐘的較高熔體指數(shù)（210°C ;2. 16kg)的聚交酯和5-80重量％的另一種生物可降 解聚合物的共混物的最外層。再一次，相同的共混物可以有利地用于最內(nèi)涂層和最外涂層。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明，較低熔體指數(shù)PLA的較硬層作為多層結(jié)構(gòu)的中間層結(jié)合，以支持較 松散的較高熔體指數(shù)PLA共混物層并且從而提高它們的可共擠出性。該解決方案允許共擠 出過(guò)程中足夠的機(jī)器速度。標(biāo)準(zhǔn)的低熔體指數(shù)PLA的使用提高了擠出過(guò)程的可控性，同時(shí) 內(nèi)層和外層中PLA的份額的重要性降低并且對(duì)于改變各個(gè)共混物的最佳粘附性和熱密封 性來(lái)說(shuō)將會(huì)存在增強(qiáng)的窗口。通常，較高熔體指數(shù)PLA的使用允許增加共混物中另一種生 物可降解聚合物、優(yōu)選生物可降解聚酯的份額，從而在提高熱密封性和粘附性同時(shí)保持?jǐn)D 出機(jī)械的流動(dòng)性。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明，用于內(nèi)部和外部聚合物涂層的包含20-95重量％的較高熔體指數(shù)聚 交酯和5-80重量％的另一種生物可降解聚合物的共混物可以是相同的或不同的。任選地， 在一種或多種共混物中可以包含其他組分，條件是保持涂層的生物可降解性。涂層聚合物 可以由從基本上可生物再生的自然來(lái)源得到的原料制造。
[0019] 本發(fā)明的另一個(gè)方面是生物可降解包裝材料。根據(jù)本發(fā)明，所述材料包括纖維基 板和共擠出的多層涂層，所述多層涂層包括（i)包含20-95重量％的第一聚交酯和5-80重 量％的另一種生物可降解聚合物的共混物的最內(nèi)層，（ii)含有第二聚交酯的中間層，以及 (iii)包含20-95重量％的第三聚交酯和5-80重量％的另一種生物可降解聚合物的共混 物的最外層，所述第二聚交酯的熔體指數(shù)低于所述第一聚交酯和所述第三聚交酯的熔體指 數(shù)。優(yōu)選地，所述第一和所述第三聚交酯是一種且相同的較高熔體指數(shù)聚交酯。
[0020] 優(yōu)選地，多層涂層包括（