本發(fā)明涉及一種多層可深沖包裝材料、其制造方法以及該包裝材料用于制造包裝，特別是食品包裝的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在幅狀包裝材料領(lǐng)域，紙基產(chǎn)品應(yīng)用廣泛。如果對包裝材料的阻隔性能要求不高，通常無需進(jìn)一步改良，例如施加合成聚合物涂層或合成聚合物薄膜。

2、合成聚合物涂料使包裝紙具有針對氧氣、水蒸氣、油、油脂和其他物質(zhì)的阻隔性能。食品工業(yè)對此類包裝材料的要求特別高，尤其是用于敏感產(chǎn)品，迄今為止，一般都是通過在多層包裝材料中加入合成聚合物涂料、聚合物薄膜或鋁箔來滿足要求。

3、近年來的社會發(fā)展促使人們對包裝材料領(lǐng)域進(jìn)行了越來越多的轉(zhuǎn)向思考。市場對包裝材料生產(chǎn)商的要求之一在于，盡可能使用更環(huán)保、更可回收的紙基材料和可再生原材料。對此，食品包裝生產(chǎn)商面臨的一大挑戰(zhàn)是，既要達(dá)到所要求的高阻隔性，又要提供特別環(huán)保和可回收的包裝材料。

4、這一點尤其也適用于由于包裝材料的形狀要求而采用深沖工藝變形的包裝材料。例如，ep?2?586?606?a1中就說明了這種可深沖的包裝材料，其通常由至少兩個紙層組成，這兩個紙層與一個由熱塑性水不溶性聚合物制成的層相連。在壓力和溫度的作用下，包裝材料被深沖，并且由于熱塑性水不溶性聚合物而在冷卻后保持其形狀。在附加一層同樣由水不溶性合成聚合物制成的阻隔層后，就可以生產(chǎn)出用于食物切片和其他食品的托盤和盤子。

5、這些可深沖包裝材料的缺點是，多層可深沖包裝材料中，基本水溶性的紙層中的至少一個位于兩層水不溶性合成聚合物層之間。這就使得包裝材料在其使用后的回收成本非常高，因此包裝材料的回收在實踐中只能以高昂的費用成本來實現(xiàn)，因此是不經(jīng)濟(jì)的。因此，這種可深沖包裝材料在實踐中很少被回收利用。

6、現(xiàn)有技術(shù)中已知的、通過在包裝材料邊緣沖裁的方式去除合成聚合物層的解決方案被證明是不符合實踐的。此外，雖然理論上可以分離多層可深沖包裝材料，但包裝材料中不能舍棄使用水不溶性合成聚合物。盡管這些可深沖包裝材料的各個組成部分可以分離，但它們既不容易回收，也不容易堆肥。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、在現(xiàn)有技術(shù)的背景下，本發(fā)明的目的是提供一種多層可深沖包裝材料，該材料不具有現(xiàn)有技術(shù)的缺點，尤其是滿足食品包裝所需的高阻隔性能，同時易于回收利用，并可進(jìn)行堆肥處理。

2、解決這一目的的是一種具有頂面和底面的多層可深沖包裝材料，包括至少一個第一紙層和第二紙層以及至少一個聚合物層，其中該第一紙層和第二紙層通過至少一個聚合物層粘合在一起，其特征在于，該至少一個的聚合物層含有至少一種水溶性熱塑性聚合物。

3、令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，在連接第一紙層和第二紙層的至少一個的聚合物層中使用水溶性熱塑性聚合物，可以得到一種可深沖包裝材料，這種包裝材料既能滿足食品包裝所需的高穩(wěn)定性要求，同時又由于所用熱塑性聚合物的水溶性而易于回收利用。特別是，聚合物層可以完全被水溶解，因此兩個紙層都可以很容易地從中分離出來并回收利用。

4、根據(jù)本發(fā)明的包裝材料有一個頂面和一個底面。

5、根據(jù)本發(fā)明的包裝材料的“頂面”是在后續(xù)使用過程中與待包裝產(chǎn)品，例如食品接觸的一面。根據(jù)本發(fā)明的包裝材料的頂面由至少一個的第一紙層構(gòu)成。

6、根據(jù)本發(fā)明的包裝材料的“底面”應(yīng)理解為與根據(jù)本發(fā)明的包裝材料的頂面相對的一面。根據(jù)本發(fā)明的包裝材料的底面由至少一個第二紙層構(gòu)成，并代表隨后使用中的包裝外部。如有必要，其可裝備進(jìn)行印刷。

7、根據(jù)本發(fā)明的多層可深沖包裝材料包括至少一個第一紙層和至少一個第二紙層。根據(jù)本發(fā)明，紙層可以理解為由紙形成的層。

8、本發(fā)明所指的紙可以是原紙，也可以是經(jīng)涂料的原紙。這里的原紙是指未涂布或表面施膠的紙。除紙漿纖維外，原紙還可含有施膠劑，如烷基酮二聚體、脂肪酸和/或脂肪酸鹽、環(huán)氧化脂肪酸酰胺、烯基或烷基琥珀酸酐；濕強(qiáng)劑，如聚胺-聚酰胺-環(huán)氧氯丙烷；干強(qiáng)劑，如陰離子、陽離子或兩性聚酰胺或陽離子淀粉；光學(xué)增白劑；填料；顏料；染料；消泡劑和造紙工業(yè)中已知的其他助劑

9、原紙可以進(jìn)行表面施膠。合適的施膠劑有聚乙烯醇或氧化淀粉等。原紙可在長網(wǎng)造紙機(jī)或揚克造紙機(jī)(圓筒造紙機(jī))上生產(chǎn)。原紙的定量優(yōu)選為30至300g/m2，特別是60至250g/m2，尤其優(yōu)選是100至220g/m2。原紙可以在未壓實或壓實(平滑)的狀態(tài)下使用。原紙的密度在0.8至1.2g/cm3，優(yōu)選是0.90至1.1g/cm3之間尤為合適。

10、可使用的紙漿纖維例如是漂白硬木牛皮漿(lbkp)、漂白軟木牛皮漿(nbkp)、漂白硬木亞硫酸鹽漿(lbsp)或漂白軟木亞硫酸鹽漿(nbsp)。也可使用從廢紙中提取的紙漿纖維。上述紙漿纖維也可作為混合物使用，并可含有一定比例的其他纖維，例如合成樹脂纖維。不過，優(yōu)選使用由100％硬木紙漿制成的紙漿纖維。未磨漿的紙漿的平均纖維長度優(yōu)選為0.6mm至0.85mm(卡雅尼測量法)。此外，紙漿中的木質(zhì)素含量優(yōu)選小于0.05重量％，特別是0.01至0.03重量％，基于紙漿的質(zhì)量。例如，高嶺土、天然形式的碳酸鈣，如石灰石、大理石或白云石，沉淀碳酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋇、二氧化鈦、滑石、二氧化硅、氧化鋁及其混合物都可用作原紙的填料。

11、在本發(fā)明的另一個實施方案中，紙層可由經(jīng)涂料的原紙制成。在經(jīng)涂料原紙的情況下，在原紙的至少一面上布置有至少一個含顏料層。作為顏料可以使用金屬氧化物、硅酸鹽、碳酸鹽、硫化物或硫酸鹽。高嶺土、滑石粉、碳酸鈣和/或硫酸鋇等顏料尤其適用。

12、在本發(fā)明的另一個實施方案中，含顏料層可以使用由上述碳酸鈣和高嶺土組成的顏料混合物。碳酸鈣/高嶺土的含量比優(yōu)選是30：70到70：30。含顏料層中粘結(jié)劑/顏料的含量比可以是0.1到2.5，優(yōu)選是0.2到1.5，特別是大約0.9到1.3。

13、含顏料層中可以使用任何已知的水溶性和/或水分散性粘合劑。除膠乳粘合劑外，成膜淀粉，如熱改性淀粉，特別是玉米淀粉或羥丙基淀粉，尤其適用于此目的。含顏料層可使用造紙中常用的任何涂布裝置在線或離線施加，對此涂布量優(yōu)選選擇為，在干燥后涂布重量為0.1至30g/m2，特別是1至20g/m2，或根據(jù)一個特別優(yōu)選的實施方案為2至8g/m2。

14、在一個優(yōu)選的實施方案中，含顏料層是通過集成在造紙機(jī)內(nèi)的膠壓機(jī)或膜壓機(jī)進(jìn)行涂布的。紙層主要基于可再生原料，如纖維素和纖維素衍生物。

15、紙張和紙層的定量為30至300g/m2，特別是60至250g/m2，尤其是100至220g/m2。

16、根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，至少一個第一紙層和至少一個第二紙層是未涂料原紙。

17、根據(jù)本發(fā)明的一個替代的優(yōu)選實施方案，至少一個的第一紙層是未涂料原紙，至少一個的第二紙層是經(jīng)涂料的原紙。

18、根據(jù)本發(fā)明的另一個替代的優(yōu)選實施方案，至少一個的第一紙層和至少一個的第二紙層是經(jīng)涂料的原紙。

19、根據(jù)本發(fā)明的包裝材料包括至少一個聚合物層，其中第一和第二紙層通過該至少一個的聚合物層彼此連接，即，該至少一個的聚合物層在根據(jù)本發(fā)明的包裝材料中位于第一和第二紙層之間，并且與第一和第二紙層優(yōu)選全面接觸。

20、該至少一個的聚合物層含有至少一種水溶性熱塑性聚合物。至少一個的聚合物層也可以包含水溶性熱塑性聚合物的混合物。

21、本發(fā)明意義上的水溶性是指，至少有25％(m/m)的聚合物可清澈地溶于水，因此在視覺上不會看出渾濁。水溶性聚合物尤其在ph值為3-11的范圍內(nèi)的水溶性至少為35％(m/m)，更優(yōu)選至少55％(m/m)，特別是至少65％(m/m)，尤其優(yōu)選至少75％(m/m)，特別是100％(m/m)。對于所有根據(jù)本發(fā)明使用的水溶性熱塑性聚合物，所有關(guān)于水溶性的數(shù)據(jù)均涉及20±5℃的標(biāo)準(zhǔn)條件和1013.25hpa的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。標(biāo)識(m/m)表示聚合物的質(zhì)量份額相對于水的質(zhì)量份額。

22、熱塑性聚合物是一種線性或支鏈聚合物，其在單個聚合物鏈之間沒有化學(xué)交聯(lián)點，即共價鍵。

23、原則上，在無定形熱塑性聚合物的情況下在玻璃轉(zhuǎn)化溫度(tg)以上，而在(部分)結(jié)晶熱塑性聚合物的情況下在熔融溫度(tm)以上時，熱塑性聚合物就具有流動性。因此，熱塑性聚合物可以在軟化狀態(tài)下通過壓制、擠出、注塑或其他成型工藝加工成成型件。

24、本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，熱塑性聚合物(熱塑性塑料)可以通過剪切模量g(也稱為schubmodul?g)的溫度曲線偏差與其他兩大類聚合物，彈性體和熱固性塑料區(qū)分開來，這兩類聚合物在單個聚合物鏈之間都有化學(xué)交聯(lián)點，即共價鍵。剪切模量g隨溫度變化的測定可采用技術(shù)人員熟知的常規(guī)方法進(jìn)行，例如動態(tài)機(jī)械熱分析(dmta)。

25、在至少一個的聚合物層中，以聚合物層(atro)的總重量為基準(zhǔn)，水溶性熱塑性聚合物的比例優(yōu)選為至少90重量％，特別優(yōu)選為至少95重量％，非常特別優(yōu)選為98重量％，尤其是99重量％。根據(jù)本發(fā)明一個特別優(yōu)選的實施方案，聚合物層由水溶性熱塑性聚合物組成。

26、除水溶性熱塑性聚合物外，至少一個的聚合物層還可含有基于聚合物層(atro)總重量計算最多10重量％，優(yōu)選最多5重量％，特別是最多2重量％，特別優(yōu)選最多1重量％，非常特別優(yōu)選0重量％的其他成分。其他成分可以是添加到熱塑性聚合物中以改善加工性能的常規(guī)添加劑。

27、根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，至少一種的水溶性熱塑性聚合物的彈性模量至少為0.3gpa，優(yōu)選為0.5gpa，特別優(yōu)選為0.8gpa。彈性模量與剪切模量g有關(guān)，通過使用lorentzen&wettre拉伸試驗機(jī)進(jìn)行拉伸強(qiáng)度測試來確定。研究發(fā)現(xiàn)，如果包裝材料的聚合物層中至少含有一種具有上述彈性模量的水溶性熱塑性聚合物，則本發(fā)明包裝材料的可深沖性會得到改善。

28、根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方案，至少一種的水溶性熱塑性聚合物是生物聚合物或生物聚合物混合物，特別是從改性和天然生物聚合物及其混合物中選出的生物聚合物。在此，生物聚合物被理解為由可再生原料生產(chǎn)的聚合物(天然生物聚合物)、作為聚合物存在于自然界中的聚合物(天然生物聚合物)和作為聚合物存在于自然界中并隨后經(jīng)過化學(xué)和/或物理改性的聚合物(改性生物聚合物)。

29、生物聚合物優(yōu)選選自多糖類，特別是熱塑性淀粉(tps)、聚乳酸(pla)、聚羥基丁酸鹽(phb)、木質(zhì)素基熱塑性聚合物、聚乙烯醇(pvoh)和乙烯-乙烯醇共聚物(evoh)，它們都是基于可再生原料，例如蔗糖，以及其混合物。

30、使用生物聚合物作為水溶性熱塑性聚合物，可提高本發(fā)明包裝的可回收性，并可對其進(jìn)行堆肥處理。不言而喻，隨著生物聚合物在至少一種水溶性熱塑性聚合物中所占比例的增加，這些效果也會增強(qiáng)。

31、根據(jù)本發(fā)明一個特別優(yōu)選的實施方案，合成聚合物在包裝材料中的比例小于20重量％，優(yōu)選小于10重量％，尤其優(yōu)選小于5重量％，以包裝材料(atro)的總重量為基準(zhǔn)。合成聚合物是指基于礦物油的水溶性熱塑性聚合物，其非生物聚合物，和基于礦物油的其他常規(guī)熱塑性聚合物，其幾乎不溶于水。

32、根據(jù)本發(fā)明的包裝材料中至少一個聚合物層的涂層重量(atro)在1至50g/m2的范圍內(nèi)，特別是在10至30g/m2的范圍內(nèi)。

33、在某些應(yīng)用中，可能期望提高根據(jù)本發(fā)明的包裝材料的阻隔性能。在根據(jù)本發(fā)明的包裝材料中可以通過在包裝材料的頂面提供一個功能層來實現(xiàn)這一點，該功能層在隨后的應(yīng)用中與被包裝產(chǎn)品接觸。

34、例如，功能層可以包括一個由不溶于水的熱塑性聚合物、不溶于水的熱塑性聚合物薄膜或鋁箔組成的層，或者由該層構(gòu)成。

35、已經(jīng)證明，如果功能層包括由不溶于水的熱塑性聚合物或不溶于水的熱塑性聚合物薄膜組成的層或由其組成，則對提高本發(fā)明包裝材料的阻隔性能特別實用。水不溶性合成聚合物或水不溶性合成聚合物薄膜優(yōu)選選自pe、pp、pvoh、evoh、pla及其混合物。如果要包裝的物品，如食品，是潮濕的，則提供功能層尤其有利，可防止?jié)駳鉂B透包裝材料并由此防止使其軟化。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，用于pe和/或evoh功能層的水不溶性熱塑性聚合物由可再生原料組成，例如甘蔗。這樣做的好處是可以避免使用化石原料。

36、本發(fā)明意義上的不溶于水是指不溶于水的熱塑性聚合物在25℃水中的水溶性不超過2％(m/m)，特別優(yōu)選0％(m/m)。

37、根據(jù)本發(fā)明一個特別優(yōu)選的實施方案，在溫度為23℃、相對濕度為50％、氣壓為1atm的條件下，按照din?53380-3標(biāo)準(zhǔn)測量，包裝材料在24小時內(nèi)的氧氣滲透量不超過15cm3/m2。這樣可以有效延長使用本發(fā)明包裝材料包裝的商品，如食品的保質(zhì)期。

38、根據(jù)本發(fā)明另一個特別優(yōu)選的實施方案，在溫度為23℃、相對濕度為50％、氣壓為1atm的條件下，按照en?iso?15106-3測量，包裝材料的水蒸氣滲透量在24小時內(nèi)不超過50g/m2。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的包裝材料的該實施方案可以防止潮濕的待包裝產(chǎn)品，如潮濕的食品變干，另一方面也可以防止干燥的待包裝產(chǎn)品，如干燥的食品受潮?？傊?，這樣可以延長相應(yīng)待包裝貨物的保質(zhì)期。

39、根據(jù)本發(fā)明的包裝材料的定量優(yōu)選為150至600g/m2，特別是300至500g/m2。這樣的定量可確保包裝材料具有足夠的抗沖擊穩(wěn)定性，從而避免在日常處理過程中在包裝上出現(xiàn)孔洞，孔洞會影響其中所包裝貨物的保質(zhì)期。

40、根據(jù)bifa環(huán)境研究所的編號530592、項目名稱為“包裝的可回收性”的項目中說明的方法，按照下面給出的可回收性評估，根據(jù)本發(fā)明的多層可深沖包裝材料的可回收性超過13個評分點(有限)，優(yōu)選超過16個評分點(良好)(bifa環(huán)境研究所(2019)：包裝的可回收性。調(diào)查框架和標(biāo)準(zhǔn)目錄的具體化。與tschachtli?s.，pitschke?t.，kreibe?s.，martin?a.合作。由interseroh?dienstleistungs?gmbh編輯。augsburg；線上請見：https：//www.interseroh.de/fileadmin/verpackungsoptimierung/530592_recyclingfaehigkeit_bewertungskatalog_v63download.pdf，2020.03.30證)。

41、本發(fā)明的另一個主體是一種生產(chǎn)多層可深沖包裝材料的方法，包括以下步驟：

42、(a)提供第一紙層；

43、(b)在第一紙層上施加聚合物層；

44、(c)將第一紙層及其上施加的聚合物層與第二紙層連接，使聚合物層位于第一紙層和第二紙層之間；

45、或

46、(a′)提供第二紙層；

47、(b′)在第二紙層上施加聚合物層；

48、(c′)將第二紙層及其上施加的聚合物層與第一紙層連接，使聚合物層位于第一紙層和第二紙層之間；

49、其中，步驟(b)和(b′)中的聚合物層包括至少一種水溶性熱塑性聚合物。

50、結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的方法所說明的特征，同樣也適用于上述根據(jù)本發(fā)明的包裝材料所描述的相同特征。

51、根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)多層可深沖包裝材料的方法，在步驟(a)中設(shè)定提供第一紙層，或者在步驟(a′)中提供第二紙層。第一紙層或第二紙層的設(shè)計可參考結(jié)合本發(fā)明包裝材料的前述詳細(xì)說明。例如，提供紙層可以包括在造紙機(jī)中生產(chǎn)紙張，并將紙張送入擠出涂布設(shè)備。在此，在造紙完成后，在造紙機(jī)的卷紙部將紙卷起來，然后將紙卷輸送到擠出涂布設(shè)備，在擠壓涂布設(shè)備中夾緊并連續(xù)展開。

52、根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(b)中在第一紙層上施加聚合物層，或在步驟(b′)中在第二紙層上施加聚合物層，其中步驟(b)和步驟(b′)中的聚合物層包括至少一種水溶性熱塑性聚合物。聚合物層和水溶性熱塑性聚合物的實施方式如上文中結(jié)合根據(jù)發(fā)明的包裝材料的說明。聚合物層可以通過擠出或共擠出方式在擠出涂布設(shè)備中施加。

53、根據(jù)本發(fā)明方法的步驟(c)，將帶有施加在其上的聚合物層的第一紙層與第二紙層連接，使聚合物層位于第一紙層和第二紙層之間。根據(jù)本發(fā)明方法的步驟(c′)，將帶有施加在其上的聚合物層的第二紙層與第一紙層連接在一起，使聚合物層位于第一紙層和第二紙層之間。根據(jù)步驟(c)或(c′)，第一紙層和第二紙層的連接可以同時進(jìn)行，也可以在根據(jù)步驟(b)或(b′)施加聚合物層之后進(jìn)行。

54、根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，在步驟(a)之前或之后，或在步驟(b)期間或之后，或在步驟(c)之后，或在步驟(c′)之前或期間，在第一紙層的頂面上施加功能層，該頂面在隨后的應(yīng)用中與待包裝產(chǎn)品接觸。上述結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的包裝材料提到的功能層可用作功能層。根據(jù)一個特別優(yōu)選的實施方案，將由不溶于水的熱塑性聚合物或不溶于水的熱塑性聚合物薄膜組成的層用作功能層。功能層可采用技術(shù)人員熟知的常規(guī)方法進(jìn)行施加。功能層優(yōu)選采用(共)擠出或簾膜式涂層的方法。已經(jīng)證明，采用簾膜式涂布法施加功能層尤為實用。

55、在步驟(c)之前或之后，或在步驟(a′)之前或步驟(c′)之后，可以對第二紙層的底面進(jìn)行印刷，該底面在隨后的應(yīng)用中構(gòu)成包裝的可見面。如果在第一紙層的頂面有功能層，第二紙層的底面優(yōu)選在功能層施加后進(jìn)行印刷。

56、最后，本發(fā)明的另一個主體是本發(fā)明的多層可深沖包裝材料用于生產(chǎn)包裝，特別是食品包裝的應(yīng)用。