增强的PVOH基阻挡层组合物、阻挡层和其制造方法技术

提供了一种包含纤维基基底和基于聚乙烯醇(PVOH)的气体阻挡层的包装材料，其中所述气体阻挡层包含互聚物复合物形成剂(IPCFA)，所述IPCFA为水溶性聚合物，呈现能够与PVOH的‑OH基团形成氢键的官能团。所述PVOH具有的根据ASTM D4001–13测量的重均分子量(M

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增强的PVOH基阻挡层组合物、阻挡层和其制造方法
本公开涉及包装材料领域，并且特别涉及增强的PVOH基阻挡层和其制造方法，以及包含所述阻挡层的包装材料和由其制得的包装，特别是敏感产品诸如但不限于食品、饮料和药物的包装。
技术介绍
包装制造行业面临着一个重大的挑战，即发展能够基于可持续资源生产包装，并且可以比目前更低的成本和/或能量消耗水平进行生产的概念。这尤其涉及生产用于敏感产品诸如食品、饮料和药物的包装的那些行业板块。目前，这些包装产品含有若干层化石基聚合物诸如聚乙烯和铝，其在各种环境条件(例如湿度和温度)下保护敏感内容物不受气味、湿气、氧气和光的影响。值得注意的是，即使铝构成包装产品中的最小阻挡组分，但铝占了包装制造过程中消耗的大部分能量。替代这些材料的努力正在进行，但并非没有挑战。聚乙烯醇(PVOH)是非离子水溶性聚合物，其具有吸引人的特性，诸如生物可降解性和针对油脂和油包括矿物油形成有效阻挡层的能力。此外，聚合物链的羟基基团之间的氢键连同聚合物的半结晶结构使得能够形成致密层，这使PVOH成为最佳的可用聚合物基气体阻挡物之一。最后，根据官方规定，诸如德国联邦风险评估研究所(GermanBundesinstitutfürRisikobewertung；BfR)或美国食品药品监督管理局(U.S.FoodandDrugAdministration；FDA)颁布的官方规定，PVOH是经过批准的用于食品包装的材料；因此，PVOH是用于包装行业的极具吸引力的材料。WO2013/064500(JohanLarsson和AndersKarlsson)公开了包含聚合物和表面活性剂的可幕涂气体阻挡涂料组合物，其中聚合物选自由聚乙烯醇和多糖或其混合物组成的组，其中所述多糖可溶解或可分散或可悬浮于水中，并且表面活性剂是水溶性非离子乙氧基化醇。WO2013/064500还涉及借助于涂料组合物为基底提供气体阻挡层的方法，以及具有至少一个通过用涂料组合物涂覆基底而获得的气体阻挡层的经涂覆的基底。此外，WO2013/064500涉及包含用涂料组合物涂覆的经涂覆的纸板的包装材料，以及包含这类包装材料的液体包装。然而，包装行业中PVOH作为有效阻挡物的更广泛实施的主要障碍是聚合物的亲水性，这在高湿度条件下大大降低了阻挡物的有效性。本文中的术语“高湿度条件”是指>50％的相对湿度(RH)或甚至>80％RH。解决这一缺陷有不同的方法。举例来说，试图通过添加纳米填料来改进PVOH膜的阻挡特性。纳米填料是以高表面积和高纵横比为特征的颗粒。高表面积和纵横比在阻挡应用中是有利的，因为颗粒在被最佳施用时会使气体分子更难以扩散通过涂层。然而，聚合物基质中纳米填料颗粒的最佳施用(均匀分布)通过工业相关的即简单并且负担得起的工艺难以实现。这可以由纳米填料的高纵横比和表面积导致纳米颗粒的严重聚集来解释。因此，必须使用过量的纳米填料，诸如基于聚合物基质的量>>10％(w/w)，以实现吸引人的气体阻挡特性。这一缺点会产生问题，因为由纳米填料聚集产生的应力点会导致纳米复合材料的机械特性劣化。改进PVOH在潮湿条件下的阻挡特性的另一方法是使PVOH聚合物链交联。这通常通过在将配制物施用到基底上或基底并且随后干燥之前使PVOH与交联剂混合来实现。然而，正如以下引用将证实的，这一方法常常涉及纸浆和造纸业中并非优选使用的化学物质或工艺的采用。更重要的是，通过这一途径所实现的改进似乎不大。已有指示(参见Labuschagne等人，2008)表明，PVOH的气体阻挡特性可通过半结晶PVOH层的非晶部分的致密化来改进。PVOH层的非晶部分的致密化可通过互聚物复合工艺来实现。这通过添加聚合物来获得，该聚合物可通过强氢键相互作用与PVOH发生强相互作用。Labuschagne等人报导，在向PVOH添加20％(w/w)聚(甲基乙烯基醚co-马来酸)后，阻挡特性提高了三倍。WO2004/089624(A.J.Kruger和P.A.Truter)涉及互聚物复合概念的使用。在该申请中，专利技术人以配制物为例说明了其专利技术，所述配制物按干重计由30％(w/w)聚(甲基乙烯基醚co-马来酸)和70％(w/w)PVOH组成。值得注意的是，基于所述配制物，对于25μm的阻挡层，阻挡特性仅提高了三倍，这并非卓越的成就。在更近的研究中(Lim等人，2016)，研究了聚(乙烯醇)与聚(丙烯酸)共混用于包装应用的阻氧特性和抗水特性。在这里，通过酯化工艺使用聚丙烯酸使PVOH交联，该工艺需要在150℃下干燥涂层一小时。作者报导了阻挡特性在0％RH下测量时提高了约三倍。仍需制造可用的PVOH基阻挡层，所述PVOH基阻挡层在高湿度条件即50％RH和更高下表现良好，并且能通过适用于工业应用的工艺来生产。
技术实现思路
本公开着眼于解决现有技术的问题，并且获得了用于形成PVOH基阻挡层的改进的方法、呈现优异特性的PVOH基阻挡层、包含所述层的包装材料以及包装产品，即包装，并且特别是用于敏感产品诸如食品、饮料和药物的包装。根据第一方面，本公开获得了包含纤维基基底和基于聚乙烯醇(PVOH)的气体阻挡层的包装材料，其中所述气体阻挡层包含互聚物复合物形成剂(IPCFA)，所述IPCFA为水溶性聚合物，呈现能够与PVOH的-OH基团形成氢键的官能团，其特征在于所述气体阻挡层中的所述IPCFA与PVOH的比例在0.5至7.0％(w/w)的范围内，并且所述包装材料具有的氧气渗透性(OP)低于14mlμm/m2天atm，所述OP通过将包装材料的氧气穿透率(OTR)乘以气体阻挡层的厚度而获得。OTR根据ASTMF1927-07在80％的相对湿度(RH)和23℃的温度下测量。替代地，其可根据ASTMD3985进行测量。气体阻挡层的厚度优选通过将气体阻挡层的涂料重量除以气体阻挡层的密度来获得。在一种实施方式中，气体阻挡层的密度假定为1.30g/cm3。当气体阻挡层基本上不包含纳米填料时，这样的假定可尤其适用。值得注意地，PVOH基阻挡物主要是气体阻挡物，但在某种程度上也是用于蒸气和液体的阻挡物。IPCFA在PVOH中相对低的浓度通常会降低成本，并且是环境有益的(例如可降解性和/或可回收性)。此外，IPCFA的较低量通常会产生较少的迁移问题。纤维基基底通常是基于纤维素纤维或纤维素原纤维。纤维或原纤维优选是木材衍生的。根据所述第一方面的实施方式，所述IPCFA具有的重均分子量(Mw)在10kg/mol到1500kg/mol，诸如25kg/mol到1500kg/mol或10kg/mol到1000kg/mol的范围内，优选在30kg/mol到700kg/mol之间，更优选在50kg/mol到500kg/mol之间，并且最优选在100kg/mol到700kg/mol，诸如200kg/mol到700kg/mol之间。如图2所示，这些Mw范围内的IPCFA在PVOH中具有的最佳浓度在1-5％的范围内。根据所述第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含纤维基基底和基于聚乙烯醇(PVOH)的气体阻挡层的包装材料，其中所述气体阻挡层包含互聚物复合物形成剂(IPCFA)，所述IPCFA为呈现能够与所述PVOH的-OH基团形成氢键的官能团的水溶性聚合物，其特征在于所述PVOH具有的根据ASTM D4001–13测量的重均分子量(M

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181127 EP 18208434.3;20181127 EP 18208433.51.一种包含纤维基基底和基于聚乙烯醇(PVOH)的气体阻挡层的包装材料，其中所述气体阻挡层包含互聚物复合物形成剂(IPCFA)，所述IPCFA为呈现能够与所述PVOH的-OH基团形成氢键的官能团的水溶性聚合物，其特征在于所述PVOH具有的根据ASTMD4001–13测量的重均分子量(Mw)在80kg/mol到135kg/mol的范围内，所述气体阻挡层中的所述IPCFA与PVOH的比例在0.5到7.0％(w/w)的范围内，并且所述包装材料具有的氧气渗透性(OP)低于14mlμm/m2天atm，所述OP通过将根据ASTMF1927-7在80％的相对湿度(RH)和23℃下测量的所述包装材料的氧气穿透率(OTR)乘以所述气体阻挡层的厚度而获得。


2.根据权利要求1所述的包装材料，其中，所述IPCFA具有的重均分子量(Mw)在10kg/mol到1500kg/mol诸如25kg/mol到1500kg/mol或10kg/mol到1000kg/mol之间，优选在30kg/mol到700kg/mol之间，更优选在50kg/mol到500kg/mol之间，并且最优选在100kg/mol到700kg/mol诸如200kg/mol到700kg/mol之间。


3.根据权利要求1或2所述的包装材料，其中，所述IPCFA选自聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮和非离子聚丙烯酰胺。


4.根据前述权利要求中任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿里·纳德利，
申请(专利权)人：比勒鲁迪克斯那斯公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE