包含生物阻隔物的纸板和层压物制造技术

本发明专利技术涉及具有阻隔性质的纸或纸板基材，该基材包含单一或具有例如顶部层片、中间层片和底部层片的多层片结构，其中所述顶部层片和所述底部层片的至少一个设置有高密度生物阻隔物层，并且其中设置有高密度生物阻隔物层的所述顶部或底部层片和未设置有高密度生物阻隔物层的所述顶部或底部层片两者均已经经受用脂肪酸酰卤接枝。用脂肪酸酰卤接枝。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含生物阻隔物的纸板和层压物


[0001]本专利技术涉及具有阻隔性质的经疏水化的纸或纸板基材

技术介绍

[0002]用作包装的基于纤维的产品必须既能够保护被包装的产品免受外部影响，以及能够承受被包装的产品的影响。实现所需保护的一种方式是提供具有阻隔物的包装。实例包括液体、氧、油脂、香味、和气体阻隔物。
[0003]阻隔物可通过将基于纤维的基材用为所述基材提供阻隔性质的组分涂覆来产生。取决于阻隔物所需要的性质，可施加不同的涂层。当在基于纤维的产品上形成阻隔时最常用的材料是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、乙烯乙烯醇(EVOH)、或乙烯乙酸乙烯酯(EVA)。EVOH通常用以产生氧阻隔物，并且PE或PET通常用以产生液体和/或蒸气阻隔物。聚合物通常是层压或挤出涂覆至基于纤维的产品的。然而，为产品提供阻隔性质的聚合物层通常需要是相对较厚的，并且因而生产这样的阻隔物是颇为昂贵的，并且还存在如下的追求：避免基于化石的材料，因为其对环境产生的负面影响，并且用可再生解决方案替代它们。
[0004]实现降低通过纸或纸板的氧透过(OTR)的最常见方式是使用多重聚合物层。在此方式中，一个层可提供低OTR，而其它层可提供水排斥性和/或低蒸气透过率。另外的可能是向阻隔物添加纳米颗粒，以产生所谓曲折效应(tortuosity effect)。
[0005]存在寻找如下阻隔解决方案的需要：其不含含氟化学品或蜡，并且其使得能够降低对于塑料涂层的需要。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是，解决或至少缓解上文所呈现的问题，并且提供具有阻隔性质的纸板材料，其不含含氟化学品和蜡，更易于再循环并且使得能够降低基于化石的阻隔物涂层的使用。本专利技术的目的通过根据权利要求1的具有阻隔性质的纸或纸板基材至少部分地获得。“纸或纸板”意为典型地由纸浆浆料在丝网上产生的基于纤维素纤维的材料。根据本专利技术的基材包含第一表面和与所述第一表面相反的第二表面；其中至少所述第一表面设置有具有比纸或纸板基材的密度高的密度的生物阻隔物层；并且
[0007]其中设置有高密度生物阻隔物层的所述第一表面和未设置有高密度生物阻隔物层的所述第二表面两者均已经经受用脂肪酸酰卤接枝。在本专利技术的一个方面中，所述基材包含多个层片，例如两个或三个层片，其中所述基材的至少一个外部层片设置有生物阻隔物层。
[0008]在本申请中，术语“生物阻隔物”指包含至少50wt％、优选地至少75wt％、甚至更优选地至少85wt％的一种或多种具有成膜能力的可再生化合物。进一步，所述可再生化合物优选地具有羟基基团官能性(functionality)。所述生物阻隔物自身提供对氧、脂肪和/或香味的良好或中等的阻隔性质，并且这些性质在接枝之后还被改进或维持。
[0009]具有成膜能力的可再生化合物的实例包括：
[0010](i)纤维素纳米材料，例如微原纤化纤维素(MFC)；
[0011](ii)纤维素衍生物，例如羧甲基化纤维素(CMC)、甲基乙基羟乙基纤维素(MEHEC)、乙基羟乙基纤维素(EHEC)、羟乙基纤维素(HEC)；
[0012](iii)半纤维素，例如木聚糖、葡聚糖、葡甘露聚糖，例如瓜尔胶；
[0013](iv)单糖，例如木糖和戊糖；以及
[0014](v)基于淀粉的化合物。
[0015]所述生物阻隔物还可包含上文所提及的化合物的两种或更多种的混合物。
[0016]本文中，术语“成膜能力”意指化合物可用于形成如下的连续层：其具有高于700kg/m3的密度和根据标准ASTM F
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1927在50％相对湿度和23℃下测量的低于500、优选地低于100、更优选地低于20cc/m2/24h/atm的氧透过率(OTR)数值。包括多糖的成膜化合物的实例为例如(但是不限于)纤维素纳米材料，例如微原纤化纤维素(MFC)，其具有可容易地用于脂肪酸酰卤的接枝的许多羟基基团。
[0017]根据本专利技术的一个方面，所述基材包含至少顶部层片、中间层片和底部层片，其中所述顶部层片和所述底部层片的至少一个设置有高密度生物阻隔物层，并且其中设置有高密度生物阻隔物层的所述顶部或底部层片和未设置有高密度生物阻隔物层的所述顶部或底部层片两者均已经经受用脂肪酸酰卤接枝，并且其中生物阻隔物的密度高于未设置有高密度生物阻隔物层的顶部或底部层片的密度。
[0018]通过对根据本专利技术的基材的两个侧面——存在生物阻隔物的侧面和具有更低密度并且优选地更高孔隙率和渗透性的侧面两者——都进行接枝，所得材料已经经受来自两个侧面的疏水化处理，导致材料兼具经疏水化的生物阻隔物和经疏水化的芯，该疏水化是完全或达到一定程度的，取决于脂肪酸酰卤的施加方法和克重。
[0019]通过在两个表面(即顶部和底部表面两者)上用脂肪酸酰卤处理基材(在所述两个表面中一个侧面具有致密的生物阻隔物，其背离具有更高渗透性的相反侧面)，实现了脂肪酸酰卤更高地穿透至基材的深度中。
[0020]接枝技术是用以使基于纤维素的基材疏水化的，并且利用呈液体、喷雾或气相的脂肪酸酰卤(C16或C18，优选地C16)以对所述基材上的可用的羟基基团进行接枝，即脂肪酸将以一定程度共价附着至纤维。在最终产物中还将存在游离的、未结合的脂肪酸，因为试剂与水接触时发生水解。将该技术应用于预先制造并且干燥的纸/纸板的表面上，以限制水解发生。基材的水含量应低于20％、优选地低于15％、甚至更优选地低于10％。WO2012066015A1描述用接枝用试剂处理含有羟基基团的移动基材的机械。用以接枝脂肪酸酰卤的气相工艺还已经在WO2017002005A1中描述了，在其中施加真空以抽吸气体通过板，以使整个基于纤维素的基材被用所述脂肪酸酰卤处理。
[0021]在本申请中，脂肪酸酰卤的组优选地指具有10
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22个碳原子的脂族链长度的脂肪酸酰卤，例如月桂酰氯(C12)、肉豆蔻酰氯(C14)、棕榈酰氯(C16)、硬脂酰氯(C18)、或其组合。
[0022]根据本专利技术的一个方面，所施加的脂肪酸酰卤的量是在基材的总干重量的0.1
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4g/m2之间、优选地0.5
‑
2g/m2之间。为了分别分析经处理的基材中游离和接枝的脂肪酸的量，可使用基于用于AKD分析的方法的方法。在此方法中，用有机溶剂从板样品提取游离脂
肪酸，并且在甲硅烷基化之后用GC
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FID分析。相同的板样品随后经受碱水解，以使至纤维素的酯键断裂，并且在此之后提取被释放的脂肪酸并且在甲硅烷基化之后用GC
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FID分析。分析出的游离和结合的脂肪酸的总和构成脂肪酸酰卤的总量。
[0023]生物阻隔物可含有如下含量的不同品级的聚(乙烯醇)(PVOH)及其混合物：最高达50wt％、优选地低于25wt％、更优选地低于15wt％。由于PVOH的可用的羟基基团的数量高，即使向涂层和基础基材添加较小量低于15wt％的PVOH也导致增加的脂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.具有阻隔性质的纸或纸板基材，所述基材包含第一表面和与所述第一表面相反的第二表面；其中至少所述第一表面设置有生物阻隔物层，所述生物阻隔物层包含至少50wt％的一种或多种具有成膜能力的可再生化合物，并且具有比在所述第二表面处的纸或纸板基材的密度高的密度；其中设置有高密度生物阻隔物层的所述第一表面和未设置有高密度生物阻隔物层的所述第二表面两者均已经经受用脂肪酸酰卤接枝；并且其中所述纸或纸板基材具有根据标准ASTM F
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1927在50％相对湿度和23℃下测量的低于500cc/m2/24h/atm的氧透过率。2.根据权利要求1的基材，其中所述基材包含至少顶部层片、中间层片和底部层片，其中所述顶部层片和所述底部层片的至少一个设置有高密度生物阻隔物层，并且其中设置有高密度生物阻隔物层的所述顶部或底部层片和未设置有高密度生物阻隔物层的所述顶部或底部层片两者均已经经受用脂肪酸酰卤接枝，并且其中生物阻隔物的密度高于未设置有高密度生物阻隔物层的顶部或底部层片的密度。3.根据权利要求1或2的基材，其中所述高密度生物阻隔物层包含至少一种具有成膜能力的可再生化合物，其选自以下组的一种或多种：(i)纤维素纳米材料，例如微原纤化纤维素(MFC)、纤维素纳米晶体(CNC)、纤维素晶须；(ii)纤维素衍生物，例如羧甲基化纤维素(CMC)、甲基乙基羟乙基纤维素(MEHEC)、乙基羟乙基纤维素(EHEC)、羟乙基纤维素(HEC)；(iii)半纤维素，例如木聚糖、葡聚糖、葡甘露聚糖，例如瓜尔胶；(iv)单糖，例如木糖、戊糖；和(v)基于淀粉的化合物。4.根据权利要求3的基材，其中所述生物阻隔物层包含至少50wt％、优选地至少75wt％、甚至更优选地至少85wt％的一种或多种具有成膜能力的可再生化合物。5.根据前述权利要求任一项的基材，其中所述生物阻隔物的密度高于700、优选地高于950、并且甚至更优选地高于1050kg/m3。6.根据前述权利要求任一项的基材，其中所述生物阻隔物层包含在2
‑
55g/m2的范围中的定量。7.根据前述权利要求任一项的基材，其中所述生物阻隔物包含至少50wt％微原纤化纤维素(MFC)，所述MFC具有在70
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94的范围中的Schopper
‑
Riegler数值，其中所述生物阻隔物进一步包含在5
‑
35g/m2的范围中的定量。8.根据权利要求3
‑
7任一项的基材，其中所述生物阻隔物层包含至多50wt％、优选地至多25wt％、更优选地至多15wt％的不同品级的聚(乙烯醇)(PVOH)及其混合物。9.根据前述权利要求任一项的基材，其中所述生物阻隔物在接枝之前具有根据标准ASTM F
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1927在50％相对湿度和23℃下测量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S汉森，R巴登利德，K贝克福克，
申请(专利权)人：斯道拉恩索公司，
类型：发明
国别省市：