專利名稱：包括聚烯烴/聚酰胺共混物層的多層紙板包裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從如下物質(zhì)制備的包裝紙板包含紙板的多層層壓材料和至少一個(gè)聚烯烴和聚酰胺的聚合物共混物層。
背景技術(shù)：
牛奶用包裝結(jié)構(gòu)中的最近改進(jìn)要求在紙板基材上的多層共擠出工藝，作為產(chǎn)品接觸層，包括尼龍6/結(jié)合層/低密度聚乙烯。此多層可以在線共擠出和因此產(chǎn)生涂敷的基材。盡管它僅可以在非常特別的共擠出設(shè)備上共擠出，尼龍6/結(jié)合層/低密度聚乙烯的多層共擠出提供氧氣阻隔性，密封，強(qiáng)度，和耐針孔性。
特別需要開發(fā)可以在紙板包裝的產(chǎn)品接觸側(cè)上擠出作為單層的阻隔性材料，該單層具有多層的性能。此方案相對(duì)于多層共擠出生產(chǎn)線可以生產(chǎn)更低成本的結(jié)構(gòu)。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，提供了聚酰胺和聚烯烴，如尼龍6和低密度聚乙烯，與其它要求的或非必要組分的聚合物共混物，該共混物作為單層被擠出到紙板包裝結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品接觸側(cè)上。
該結(jié)構(gòu)相對(duì)于商業(yè)單層結(jié)構(gòu)，改進(jìn)了耐針孔性以及氧氣阻隔性能，和通過單層擠出涂敷工藝產(chǎn)生了具有更好的耐膨脹性的改進(jìn)結(jié)構(gòu)。
附圖簡述

圖1是在已經(jīng)進(jìn)行紅色染料耐針孔性測(cè)試之后，對(duì)照紙板箱底部的照片；和圖2是在已經(jīng)進(jìn)行紅色染料耐針孔性測(cè)試之后，采用本發(fā)明優(yōu)選結(jié)構(gòu)的紙板箱底部的照片。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及用于紙板包裝層壓材料結(jié)構(gòu)的單層聚烯烴/聚酰胺共混物層。適當(dāng)?shù)脑鋈輨┤珩R來酸酐改性的聚乙烯使得可以將尼龍6和低密度聚乙烯的共混物擠出到紙板基材上。使用馬來酸酐官能化的增容劑，適于擠出的組合物包括至多大約40wt％聚酰胺。采用其它增容劑，聚酰胺的重量百分比范圍可超過40wt％。特別適合的起始材料共混物包括尼龍6和低密度聚乙烯。
提供了一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括作為外印刷層的12磅每3,000平方英尺(大約20克每平方米)的低密度聚乙烯層；265磅每3,000平方英尺(大約432克每平方米)的紙板基材；25-30磅每3,000平方英尺(大約41-49克每平方米)如下物質(zhì)的共混物尼龍6和低密度聚乙烯與增容劑。盡管它在本公開內(nèi)容中不是限制性的，但這是優(yōu)選的結(jié)構(gòu)。以兩種方式實(shí)施熔融共混工藝(1)在擠出涂敷生產(chǎn)線的擠出機(jī)內(nèi)在此情況下，首先將樹脂和增容劑干燥共混和然后加入到擠出機(jī)的料斗中?；蛘?，人們可以使用重量加料器在適當(dāng)?shù)谋壤聦⒚糠N成分加入到擠出機(jī)的料斗中。
(2)使用單獨(dú)的擠出機(jī)(單螺桿或雙螺桿)首先制備共混物(優(yōu)選制成粒料形式)和然后將共混物粒料加入到用于擠出涂敷的擠出機(jī)料斗中。
可以采用低密度聚乙烯單層擠出的典型加工溫度來將該新穎共混物擠出涂敷到紙板上。
用于本發(fā)明的聚酰胺是尼龍6、尼龍6-6、尼龍6-10、無定形尼龍、MXD6尼龍等。尼龍6是優(yōu)選的組分。使用的聚烯烴包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、金屬茂聚乙烯、線性低密度聚乙烯、聚丙烯、或金屬茂聚丙烯。
使用的增容劑是馬來酸酐改性的聚乙烯?？梢杂米髟鋈輨┑钠渌愋途酆衔锇ń饘僦泻偷囊蚁┘谆┧峁簿畚?Surlyn)、乙烯丙烯酸共聚物(Primacor)、乙烯甲基丙烯酸共聚物(Nucrel)、馬來酸酐改性的聚丙烯(Oravac)、環(huán)氧官能化的聚乙烯或環(huán)氧官能化的聚丙烯(Lotader)。
使用的紙板基材的基礎(chǔ)重量可以為140磅-300磅每3,000平方英尺(大約228-489克每平方米)。對(duì)于聚乙烯聚合物，熔體流動(dòng)指數(shù)為1-15。對(duì)于聚丙烯聚合物，熔體流動(dòng)指數(shù)為4-60。
非必要地，可以向共混物中加入填料以增加勁度或阻隔性能。這些填料可以是碳酸鈣、滑石、云母、粘土等。可以在共混工藝期間在擠出機(jī)中加入填料。或者，可以采用包含預(yù)分散填料的聚合物和將它與另一種聚合物共混。例如，可以熔融共混碳酸鈣填充的低密度聚乙烯與尼龍6。相似地，可以熔融共混滑石填充的尼龍6與低密度聚乙烯。由于為共混物帶來阻隔和機(jī)械性能的粘土粒子的精細(xì)分散，一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案包括含有納米粘土的尼龍6和低密度聚乙烯。此外，可以加入第四種聚合物組分到共混物中，代替填料來調(diào)整共混物的性能。
在本發(fā)明的另外實(shí)施方案中，提供了一種容器用紙板包裝層壓材料，該層壓材料包括紙板基材，和涂敷到該紙板基材上的聚酰胺聚合物和聚烯烴聚合物的共混物層，其中當(dāng)將層壓材料成型為容器時(shí)共混物層相當(dāng)于外層。
生產(chǎn)了具有優(yōu)選結(jié)構(gòu)實(shí)施方案的容器，并將它測(cè)試和與對(duì)照物比較，如以下實(shí)施例所示實(shí)施例1將低密度聚乙烯或LDPE(65wt％)，聚酰胺(尼龍6)(30wt％)和增容劑(5wt％)的共混物，作為產(chǎn)品接觸層擠出涂敷到基礎(chǔ)重量為265磅每3,000平方英尺(大約432克每平方米)的紙板基材上。
也制備了對(duì)照結(jié)構(gòu)，它由作為產(chǎn)品接觸層的一層LDPE組成。在兩個(gè)結(jié)構(gòu)中，外印刷層由LDPE層組成。通過MOCON OX-TRAN型號(hào)2/20機(jī)在23℃和50％RH下測(cè)量這兩種涂敷紙板的氧透過率(OTR)。為直接比較數(shù)據(jù)，兩個(gè)樣品的涂層重量相同。結(jié)果見表1。
表1.兩個(gè)樣品的OTR結(jié)果
在共混物中引入尼龍6，顯著改進(jìn)了涂敷紙板的氧透過率。這是該共混物優(yōu)于直接的LDPE的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例2在中試裝置中，將低密度聚乙烯或LDPE(65wt％)，聚酰胺(尼龍6)(30wt％)和增容劑(5wt％)的共混物，作為產(chǎn)品接觸層直接擠出涂敷到基礎(chǔ)重量為265磅每3,000平方英尺(大約432克每平方米)的紙板基材上。將三種組分在水泥漿攪拌機(jī)中干燥共混至少兩分鐘和然后加入到擠出機(jī)料斗中。也通過擠出涂敷LDPE到紙板基材上作為產(chǎn)品接觸層而制備對(duì)照結(jié)構(gòu)。在兩種結(jié)構(gòu)中，外印刷層由一層LDPE組成。然后將涂敷紙板轉(zhuǎn)變成具有J型底部的毛坯和使用Evergreen填充機(jī)將這些毛坯成型為半加侖尺寸紙板箱。使用Scarlett Moo紅色染料水溶液在這兩種紙板箱上進(jìn)行耐針孔性染料測(cè)試。首先將紅色染料溶液傾入空紙板箱中一分鐘，然后將染料溶液傾出紙板箱。然后采用流動(dòng)自來水充分清洗紙板箱幾分鐘。最后將紙板箱放置在開放空氣中干燥。
如果在涂層上有針孔，由于紅色染料容易滲透入纖維，在染料干燥之后會(huì)留下紅點(diǎn)形式的標(biāo)記。通過從紅點(diǎn)形成的程度判斷，可以評(píng)價(jià)紙板箱的耐針孔性。在粗糙側(cè)上具有LDPE的對(duì)照紙板箱顯示非常嚴(yán)重?cái)?shù)量的針孔，主要是由于在紙板箱成型期間的密集熱量(圖1)。在粗糙側(cè)上具有LDPE/尼龍6共混物的試驗(yàn)結(jié)構(gòu)顯示較小程度的針孔形成(圖2)。
實(shí)施例3在牛奶場(chǎng)包裝設(shè)備處進(jìn)行牛奶填充試驗(yàn)以評(píng)價(jià)具有LDPE/尼龍6共混物作為產(chǎn)品接觸層的紙板箱的性能。紙板箱的基礎(chǔ)重量為265磅每3,000平方英尺(大約432克每平方米)。具有LDPE作為產(chǎn)品接觸層的對(duì)照樣品也包括在此試驗(yàn)中。在兩種結(jié)構(gòu)中，外印刷層由LDPE層組成。兩種結(jié)構(gòu)都具有J型底部和在兩者中割出側(cè)縫。使用EvergreenEH-1填充機(jī)在正常商業(yè)操作條件下將2％UHT(超高溫)牛奶填充入紙板箱中。然后將這些紙板箱壓入波紋箱中和堆疊在標(biāo)準(zhǔn)托板上和運(yùn)輸回位于Cincinnati，Ohio的實(shí)驗(yàn)室。性能評(píng)價(jià)測(cè)試包括膨脹和口味小組評(píng)價(jià)。在我們的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行耐膨脹性測(cè)試。在外部獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室由受過訓(xùn)練的小組成員進(jìn)行口味小組評(píng)價(jià)。周期性進(jìn)行這些測(cè)試直到第12周或第13周。
將用于耐膨脹性測(cè)試的樣品靜置和在4℃下貯存在冷房中。相對(duì)于完全正方形或非膨脹紙板箱以1/32英寸測(cè)量紙板箱的平均膨脹(人字板(gable)到人字板距離和側(cè)面到側(cè)面距離)。結(jié)果見表2。
表2.膨脹性測(cè)試結(jié)果(以1/32英寸表示)
實(shí)施例4在外部實(shí)驗(yàn)室，將貯存在由實(shí)施例3所述的填充試驗(yàn)中生產(chǎn)的紙板箱中的2％UHT牛奶周期性評(píng)價(jià)它的口味。通過將紙板箱放入包含產(chǎn)生厭惡性氣味的物質(zhì)的冷凍室中進(jìn)行該測(cè)試。這些物質(zhì)包括洋蔥、熟蘋果、和熟香蕉。受過訓(xùn)練的小組成員根據(jù)0-100等級(jí)排列牛奶的口味，0是最差的。小組成員也對(duì)測(cè)試樣品的味覺屬性給出簡要描述。結(jié)果見表3。
表3.外部受過訓(xùn)練的小組成員的味覺小組評(píng)價(jià)結(jié)果
應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行改變和改進(jìn)，而不背離本發(fā)明的范圍。也理解本發(fā)明的范圍并不解釋為受限于在此公開的具體實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種容器用紙板包裝層壓材料，包括a)紙板基材；和b)涂敷到該紙板基材上的聚酰胺聚合物和聚烯烴聚合物的共混物層，其中當(dāng)將層壓材料成型為容器時(shí)共混物層相當(dāng)于產(chǎn)品接觸層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的容器用紙板包裝層壓材料，所述共混物層進(jìn)一步包含增容劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的容器用紙板包裝層壓材料，其中將所述共混物層擠出涂敷到紙板基材上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的容器用紙板包裝層壓材料，其中將所述共混物層擠出涂敷到紙板基材上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的容器用紙板包裝層壓材料，其中所述共混物層包含大約65wt％聚烯烴聚合物，大約30wt％聚酰胺聚合物和大約5wt％增容劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的容器用紙板包裝層壓材料，其中聚酰胺聚合物是尼龍6、尼龍6-6、尼龍6-10、無定形尼龍、或MXD6尼龍。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的容器用紙板包裝層壓材料，其中增容劑是馬來酸酐改性的聚乙烯、金屬中和的乙烯甲基丙烯酸類共聚物、乙烯丙烯酸共聚物、乙烯甲基丙烯酸共聚物、馬來酸酐改性的聚丙烯、環(huán)氧官能化的聚乙烯或環(huán)氧官能化的聚丙烯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的容器用紙板包裝層壓材料，進(jìn)一步包括涂敷到基材未涂敷側(cè)上的低密度聚乙烯聚合物層，其中當(dāng)將層壓材料成型為容器時(shí)低密度聚乙烯聚合物相當(dāng)于外印刷層。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的容器用紙板包裝層壓材料，進(jìn)一步包括涂敷到基材未涂敷側(cè)上的低密度聚乙烯聚合物層，其中當(dāng)將層壓材料成型為容器時(shí)低密度聚乙烯聚合物相當(dāng)于外印刷層。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的容器用紙板包裝層壓材料，其中共混物層的重量大約為25-30磅每3,000平方英尺(大約41-49克每平方米)；基材的基礎(chǔ)重量大約為140-300磅每3,000平方英尺(大約228-489克每平方米)；和外印刷層的重量大約為10-15磅每3,000平方英尺(大約16-25克每平方米)。
11.根據(jù)權(quán)利要求3的容器用紙板包裝層壓材料，其中在將共混物層加入到擠出涂敷機(jī)中之前將共混物層干燥共混。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的容器用紙板包裝層壓材料，其中聚烯烴聚合物是低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、金屬茂聚乙烯、線性低密度聚乙烯、聚丙烯、或金屬茂聚丙烯。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的容器用紙板包裝層壓材料，所述共混物層進(jìn)一步包含選自如下的填料碳酸鈣、滑石、云母、粘土及其結(jié)合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求2的容器用紙板包裝層壓材料，所述共混物層進(jìn)一步包含選自如下的填料碳酸鈣、滑石、云母、粘土及其結(jié)合物。
15.一種容器用紙板包裝層壓材料，包括a)重量大約為265磅每3,000平方英尺(大約432克每平方米)的紙板基材；和b)擠出涂敷到基材側(cè)上作為產(chǎn)品接觸層的共混物層，該共混物層包含大約65wt％低密度聚乙烯，大約30wt％尼龍6和大約5wt％馬來酸酐官能化的增容劑，和重量大約為25-30磅每3,000平方英尺(大約41-49克每平方米)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的容器用紙板包裝層壓材料，進(jìn)一步包括擠出涂敷到紙板基材未涂敷側(cè)上作為外印刷層和重量大約為10-15磅每3,000平方英尺(大約16-25克每平方米)的低密度聚乙烯層。
17.一種容器用紙板包裝層壓材料，包括a)紙板基材；和b)涂敷到該紙板基材上的聚酰胺聚合物和聚烯烴聚合物的共混物層，其中當(dāng)將層壓材料成型為容器時(shí)共混物層相當(dāng)于外層。
全文摘要
一種容器用包裝層壓材料，該層壓材料使得共混物單層能夠有效擠出涂敷到紙板基材上作為產(chǎn)品接觸層而不需要結(jié)合層或多層共擠出設(shè)備。與直接聚乙烯單層相比，共混物單層具有優(yōu)異的耐氧透過性和優(yōu)異的耐針孔性。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，產(chǎn)品接觸層由聚烯烴聚合物，聚酰胺，和增容劑的共混物組成。單層共混物是多層結(jié)構(gòu)的低成本替代物。
文檔編號(hào)B32B27/34GK1482964SQ01814558
公開日2004年3月17日 申請(qǐng)日期2001年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月25日
發(fā)明者G·J·卡斯特勒, D·R·約瀚遜, K·S·希赫, G J 卡斯特勒, 希赫, 約瀚遜 申請(qǐng)人:國際紙業(yè)公司