多层可深冲包装材料的制作方法

本发明涉及一种多层可深冲包装材料、其制造方法以及该包装材料用于制造包装，特别是食品包装的应用。

背景技术：

1、在幅状包装材料领域，纸基产品应用广泛。如果对包装材料的阻隔性能要求不高，通常无需进一步改良，例如施加合成聚合物涂层或合成聚合物薄膜。

2、合成聚合物涂料使包装纸具有针对氧气、水蒸气、油、油脂和其他物质的阻隔性能。食品工业对此类包装材料的要求特别高，尤其是用于敏感产品，迄今为止，一般都是通过在多层包装材料中加入合成聚合物涂料、聚合物薄膜或铝箔来满足要求。

3、近年来的社会发展促使人们对包装材料领域进行了越来越多的转向思考。市场对包装材料生产商的要求之一在于，尽可能使用更环保、更可回收的纸基材料和可再生原材料。对此，食品包装生产商面临的一大挑战是，既要达到所要求的高阻隔性，又要提供特别环保和可回收的包装材料。

4、这一点尤其也适用于由于包装材料的形状要求而采用深冲工艺变形的包装材料。例如，ep 2 586 606 a1中就说明了这种可深冲的包装材料，其通常由至少两个纸层组成，这两个纸层与一个由热塑性水不溶性聚合物制成的层相连。在压力和温度的作用下，包装材料被深冲，并且由于热塑性水不溶性聚合物而在冷却后保持其形状。在附加一层同样由水不溶性合成聚合物制成的阻隔层后，就可以生产出用于食物切片和其他食品的托盘和盘子。

5、这些可深冲包装材料的缺点是，多层可深冲包装材料中，基本水溶性的纸层中的至少一个位于两层水不溶性合成聚合物层之间。这就使得包装材料在其使用后的回收成本非常高，因此包装材料的回收在实践中只能以高昂的费用成本来实现，因此是不经济的。因此，这种可深冲包装材料在实践中很少被回收利用。

6、现有技术中已知的、通过在包装材料边缘冲裁的方式去除合成聚合物层的解决方案被证明是不符合实践的。此外，虽然理论上可以分离多层可深冲包装材料，但包装材料中不能舍弃使用水不溶性合成聚合物。尽管这些可深冲包装材料的各个组成部分可以分离，但它们既不容易回收，也不容易堆肥。

技术实现思路

1、在现有技术的背景下，本发明的目的是提供一种多层可深冲包装材料，该材料不具有现有技术的缺点，尤其是满足食品包装所需的高阻隔性能，同时易于回收利用，并可进行堆肥处理。

2、解决这一目的的是一种具有顶面和底面的多层可深冲包装材料，包括至少一个第一纸层和第二纸层以及至少一个聚合物层，其中该第一纸层和第二纸层通过至少一个聚合物层粘合在一起，其特征在于，该至少一个的聚合物层含有至少一种水溶性热塑性聚合物。

3、令人惊奇地发现，在连接第一纸层和第二纸层的至少一个的聚合物层中使用水溶性热塑性聚合物，可以得到一种可深冲包装材料，这种包装材料既能满足食品包装所需的高稳定性要求，同时又由于所用热塑性聚合物的水溶性而易于回收利用。特别是，聚合物层可以完全被水溶解，因此两个纸层都可以很容易地从中分离出来并回收利用。

4、根据本发明的包装材料有一个顶面和一个底面。

5、根据本发明的包装材料的“顶面”是在后续使用过程中与待包装产品，例如食品接触的一面。根据本发明的包装材料的顶面由至少一个的第一纸层构成。

6、根据本发明的包装材料的“底面”应理解为与根据本发明的包装材料的顶面相对的一面。根据本发明的包装材料的底面由至少一个第二纸层构成，并代表随后使用中的包装外部。如有必要，其可装备进行印刷。

7、根据本发明的多层可深冲包装材料包括至少一个第一纸层和至少一个第二纸层。根据本发明，纸层可以理解为由纸形成的层。

8、本发明所指的纸可以是原纸，也可以是经涂料的原纸。这里的原纸是指未涂布或表面施胶的纸。除纸浆纤维外，原纸还可含有施胶剂，如烷基酮二聚体、脂肪酸和/或脂肪酸盐、环氧化脂肪酸酰胺、烯基或烷基琥珀酸酐；湿强剂，如聚胺-聚酰胺-环氧氯丙烷；干强剂，如阴离子、阳离子或两性聚酰胺或阳离子淀粉；光学增白剂；填料；颜料；染料；消泡剂和造纸工业中已知的其他助剂

9、原纸可以进行表面施胶。合适的施胶剂有聚乙烯醇或氧化淀粉等。原纸可在长网造纸机或扬克造纸机(圆筒造纸机)上生产。原纸的定量优选为30至300g/m2，特别是60至250g/m2，尤其优选是100至220g/m2。原纸可以在未压实或压实(平滑)的状态下使用。原纸的密度在0.8至1.2g/cm3，优选是0.90至1.1g/cm3之间尤为合适。

10、可使用的纸浆纤维例如是漂白硬木牛皮浆(lbkp)、漂白软木牛皮浆(nbkp)、漂白硬木亚硫酸盐浆(lbsp)或漂白软木亚硫酸盐浆(nbsp)。也可使用从废纸中提取的纸浆纤维。上述纸浆纤维也可作为混合物使用，并可含有一定比例的其他纤维，例如合成树脂纤维。不过，优选使用由100％硬木纸浆制成的纸浆纤维。未磨浆的纸浆的平均纤维长度优选为0.6mm至0.85mm(卡雅尼测量法)。此外，纸浆中的木质素含量优选小于0.05重量％，特别是0.01至0.03重量％，基于纸浆的质量。例如，高岭土、天然形式的碳酸钙，如石灰石、大理石或白云石，沉淀碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、二氧化钛、滑石、二氧化硅、氧化铝及其混合物都可用作原纸的填料。

11、在本发明的另一个实施方案中，纸层可由经涂料的原纸制成。在经涂料原纸的情况下，在原纸的至少一面上布置有至少一个含颜料层。作为颜料可以使用金属氧化物、硅酸盐、碳酸盐、硫化物或硫酸盐。高岭土、滑石粉、碳酸钙和/或硫酸钡等颜料尤其适用。

12、在本发明的另一个实施方案中，含颜料层可以使用由上述碳酸钙和高岭土组成的颜料混合物。碳酸钙/高岭土的含量比优选是30：70到70：30。含颜料层中粘结剂/颜料的含量比可以是0.1到2.5，优选是0.2到1.5，特别是大约0.9到1.3。

13、含颜料层中可以使用任何已知的水溶性和/或水分散性粘合剂。除胶乳粘合剂外，成膜淀粉，如热改性淀粉，特别是玉米淀粉或羟丙基淀粉，尤其适用于此目的。含颜料层可使用造纸中常用的任何涂布装置在线或离线施加，对此涂布量优选选择为，在干燥后涂布重量为0.1至30g/m2，特别是1至20g/m2，或根据一个特别优选的实施方案为2至8g/m2。

14、在一个优选的实施方案中，含颜料层是通过集成在造纸机内的胶压机或膜压机进行涂布的。纸层主要基于可再生原料，如纤维素和纤维素衍生物。

15、纸张和纸层的定量为30至300g/m2，特别是60至250g/m2，尤其是100至220g/m2。

16、根据本发明的一个优选实施方案，至少一个第一纸层和至少一个第二纸层是未涂料原纸。

17、根据本发明的一个替代的优选实施方案，至少一个的第一纸层是未涂料原纸，至少一个的第二纸层是经涂料的原纸。

18、根据本发明的另一个替代的优选实施方案，至少一个的第一纸层和至少一个的第二纸层是经涂料的原纸。

19、根据本发明的包装材料包括至少一个聚合物层，其中第一和第二纸层通过该至少一个的聚合物层彼此连接，即，该至少一个的聚合物层在根据本发明的包装材料中位于第一和第二纸层之间，并且与第一和第二纸层优选全面接触。

20、该至少一个的聚合物层含有至少一种水溶性热塑性聚合物。至少一个的聚合物层也可以包含水溶性热塑性聚合物的混合物。

21、本发明意义上的水溶性是指，至少有25％(m/m)的聚合物可清澈地溶于水，因此在视觉上不会看出浑浊。水溶性聚合物尤其在ph值为3-11的范围内的水溶性至少为35％(m/m)，更优选至少55％(m/m)，特别是至少65％(m/m)，尤其优选至少75％(m/m)，特别是100％(m/m)。对于所有根据本发明使用的水溶性热塑性聚合物，所有关于水溶性的数据均涉及20±5℃的标准条件和1013.25hpa的标准大气压。标识(m/m)表示聚合物的质量份额相对于水的质量份额。

22、热塑性聚合物是一种线性或支链聚合物，其在单个聚合物链之间没有化学交联点，即共价键。

23、原则上，在无定形热塑性聚合物的情况下在玻璃转化温度(tg)以上，而在(部分)结晶热塑性聚合物的情况下在熔融温度(tm)以上时，热塑性聚合物就具有流动性。因此，热塑性聚合物可以在软化状态下通过压制、挤出、注塑或其他成型工艺加工成成型件。

24、本领域技术人员已知，热塑性聚合物(热塑性塑料)可以通过剪切模量g(也称为schubmodul g)的温度曲线偏差与其他两大类聚合物，弹性体和热固性塑料区分开来，这两类聚合物在单个聚合物链之间都有化学交联点，即共价键。剪切模量g随温度变化的测定可采用技术人员熟知的常规方法进行，例如动态机械热分析(dmta)。

25、在至少一个的聚合物层中，以聚合物层(atro)的总重量为基准，水溶性热塑性聚合物的比例优选为至少90重量％，特别优选为至少95重量％，非常特别优选为98重量％，尤其是99重量％。根据本发明一个特别优选的实施方案，聚合物层由水溶性热塑性聚合物组成。

26、除水溶性热塑性聚合物外，至少一个的聚合物层还可含有基于聚合物层(atro)总重量计算最多10重量％，优选最多5重量％，特别是最多2重量％，特别优选最多1重量％，非常特别优选0重量％的其他成分。其他成分可以是添加到热塑性聚合物中以改善加工性能的常规添加剂。

27、根据本发明的一个优选实施方案，至少一种的水溶性热塑性聚合物的弹性模量至少为0.3gpa，优选为0.5gpa，特别优选为0.8gpa。弹性模量与剪切模量g有关，通过使用lorentzen&wettre拉伸试验机进行拉伸强度测试来确定。研究发现，如果包装材料的聚合物层中至少含有一种具有上述弹性模量的水溶性热塑性聚合物，则本发明包装材料的可深冲性会得到改善。

28、根据本发明的另一个优选实施方案，至少一种的水溶性热塑性聚合物是生物聚合物或生物聚合物混合物，特别是从改性和天然生物聚合物及其混合物中选出的生物聚合物。在此，生物聚合物被理解为由可再生原料生产的聚合物(天然生物聚合物)、作为聚合物存在于自然界中的聚合物(天然生物聚合物)和作为聚合物存在于自然界中并随后经过化学和/或物理改性的聚合物(改性生物聚合物)。

29、生物聚合物优选选自多糖类，特别是热塑性淀粉(tps)、聚乳酸(pla)、聚羟基丁酸盐(phb)、木质素基热塑性聚合物、聚乙烯醇(pvoh)和乙烯-乙烯醇共聚物(evoh)，它们都是基于可再生原料，例如蔗糖，以及其混合物。

30、使用生物聚合物作为水溶性热塑性聚合物，可提高本发明包装的可回收性，并可对其进行堆肥处理。不言而喻，随着生物聚合物在至少一种水溶性热塑性聚合物中所占比例的增加，这些效果也会增强。

31、根据本发明一个特别优选的实施方案，合成聚合物在包装材料中的比例小于20重量％，优选小于10重量％，尤其优选小于5重量％，以包装材料(atro)的总重量为基准。合成聚合物是指基于矿物油的水溶性热塑性聚合物，其非生物聚合物，和基于矿物油的其他常规热塑性聚合物，其几乎不溶于水。

32、根据本发明的包装材料中至少一个聚合物层的涂层重量(atro)在1至50g/m2的范围内，特别是在10至30g/m2的范围内。

33、在某些应用中，可能期望提高根据本发明的包装材料的阻隔性能。在根据本发明的包装材料中可以通过在包装材料的顶面提供一个功能层来实现这一点，该功能层在随后的应用中与被包装产品接触。

34、例如，功能层可以包括一个由不溶于水的热塑性聚合物、不溶于水的热塑性聚合物薄膜或铝箔组成的层，或者由该层构成。

35、已经证明，如果功能层包括由不溶于水的热塑性聚合物或不溶于水的热塑性聚合物薄膜组成的层或由其组成，则对提高本发明包装材料的阻隔性能特别实用。水不溶性合成聚合物或水不溶性合成聚合物薄膜优选选自pe、pp、pvoh、evoh、pla及其混合物。如果要包装的物品，如食品，是潮湿的，则提供功能层尤其有利，可防止湿气渗透包装材料并由此防止使其软化。根据本发明的一个优选实施方案，用于pe和/或evoh功能层的水不溶性热塑性聚合物由可再生原料组成，例如甘蔗。这样做的好处是可以避免使用化石原料。

36、本发明意义上的不溶于水是指不溶于水的热塑性聚合物在25℃水中的水溶性不超过2％(m/m)，特别优选0％(m/m)。

37、根据本发明一个特别优选的实施方案，在温度为23℃、相对湿度为50％、气压为1atm的条件下，按照din 53380-3标准测量，包装材料在24小时内的氧气渗透量不超过15cm3/m2。这样可以有效延长使用本发明包装材料包装的商品，如食品的保质期。

38、根据本发明另一个特别优选的实施方案，在温度为23℃、相对湿度为50％、气压为1atm的条件下，按照en iso 15106-3测量，包装材料的水蒸气渗透量在24小时内不超过50g/m2。已经发现，根据本发明的包装材料的该实施方案可以防止潮湿的待包装产品，如潮湿的食品变干，另一方面也可以防止干燥的待包装产品，如干燥的食品受潮。总之，这样可以延长相应待包装货物的保质期。

39、根据本发明的包装材料的定量优选为150至600g/m2，特别是300至500g/m2。这样的定量可确保包装材料具有足够的抗冲击稳定性，从而避免在日常处理过程中在包装上出现孔洞，孔洞会影响其中所包装货物的保质期。

40、根据bifa环境研究所的编号530592、项目名称为“包装的可回收性”的项目中说明的方法，按照下面给出的可回收性评估，根据本发明的多层可深冲包装材料的可回收性超过13个评分点(有限)，优选超过16个评分点(良好)(bifa环境研究所(2019)：包装的可回收性。调查框架和标准目录的具体化。与tschachtli s.，pitschke t.，kreibe s.，martin a.合作。由interseroh dienstleistungs gmbh编辑。augsburg；线上请见：https：//www.interseroh.de/fileadmin/verpackungsoptimierung/530592_recyclingfaehigkeit_bewertungskatalog_v63download.pdf，2020.03.30证)。

41、本发明的另一个主体是一种生产多层可深冲包装材料的方法，包括以下步骤：

42、(a)提供第一纸层；

43、(b)在第一纸层上施加聚合物层；

44、(c)将第一纸层及其上施加的聚合物层与第二纸层连接，使聚合物层位于第一纸层和第二纸层之间；

45、或

46、(a′)提供第二纸层；

47、(b′)在第二纸层上施加聚合物层；

48、(c′)将第二纸层及其上施加的聚合物层与第一纸层连接，使聚合物层位于第一纸层和第二纸层之间；

49、其中，步骤(b)和(b′)中的聚合物层包括至少一种水溶性热塑性聚合物。

50、结合根据本发明的方法所说明的特征，同样也适用于上述根据本发明的包装材料所描述的相同特征。

51、根据本发明生产多层可深冲包装材料的方法，在步骤(a)中设定提供第一纸层，或者在步骤(a′)中提供第二纸层。第一纸层或第二纸层的设计可参考结合本发明包装材料的前述详细说明。例如，提供纸层可以包括在造纸机中生产纸张，并将纸张送入挤出涂布设备。在此，在造纸完成后，在造纸机的卷纸部将纸卷起来，然后将纸卷输送到挤出涂布设备，在挤压涂布设备中夹紧并连续展开。

52、根据本发明的方法，在步骤(b)中在第一纸层上施加聚合物层，或在步骤(b′)中在第二纸层上施加聚合物层，其中步骤(b)和步骤(b′)中的聚合物层包括至少一种水溶性热塑性聚合物。聚合物层和水溶性热塑性聚合物的实施方式如上文中结合根据发明的包装材料的说明。聚合物层可以通过挤出或共挤出方式在挤出涂布设备中施加。

53、根据本发明方法的步骤(c)，将带有施加在其上的聚合物层的第一纸层与第二纸层连接，使聚合物层位于第一纸层和第二纸层之间。根据本发明方法的步骤(c′)，将带有施加在其上的聚合物层的第二纸层与第一纸层连接在一起，使聚合物层位于第一纸层和第二纸层之间。根据步骤(c)或(c′)，第一纸层和第二纸层的连接可以同时进行，也可以在根据步骤(b)或(b′)施加聚合物层之后进行。

54、根据本发明的一个优选实施方案，在步骤(a)之前或之后，或在步骤(b)期间或之后，或在步骤(c)之后，或在步骤(c′)之前或期间，在第一纸层的顶面上施加功能层，该顶面在随后的应用中与待包装产品接触。上述结合根据本发明的包装材料提到的功能层可用作功能层。根据一个特别优选的实施方案，将由不溶于水的热塑性聚合物或不溶于水的热塑性聚合物薄膜组成的层用作功能层。功能层可采用技术人员熟知的常规方法进行施加。功能层优选采用(共)挤出或帘膜式涂层的方法。已经证明，采用帘膜式涂布法施加功能层尤为实用。

55、在步骤(c)之前或之后，或在步骤(a′)之前或步骤(c′)之后，可以对第二纸层的底面进行印刷，该底面在随后的应用中构成包装的可见面。如果在第一纸层的顶面有功能层，第二纸层的底面优选在功能层施加后进行印刷。

56、最后，本发明的另一个主体是本发明的多层可深冲包装材料用于生产包装，特别是食品包装的应用。