用于制造生物可降解包裝材料的方法、生物可降解包裝材料以及由其制成的包裝或容器的制造方法
【專利說明】用于制造生物可降解包裝材料的方法、生物可降解包裝材 料以及由其制成的包裝或容器
[0001] 發(fā)明背景
[0002] 本發(fā)明涉及制造生物可降解包裝材料的方法，所述方法包括向纖維基板上擠出一 個或多個聚合物涂層。本發(fā)明還涉及通過所述方法得到的生物可降解包裝材料以及包含根 據本發(fā)明的包裝材料的容器和產品包裝。
[0003] 產品包裝的基于纖維的包裝材料，如包裝紙或板，通常設置有使得包裝緊密并且 允許通過熱密封將包裝封閉的聚合物涂層。類似的涂有聚合物的紙或板還用于一次性餐 具，如飲用杯。聚烯烴，如低密度聚乙烯（LDPE)，由于其良好的熱密封性而被廣泛地用于涂 層。然而，普通聚烯烴的缺點在于，它們不是生物可降解的。
[0004] 具有對于許多應用來說足夠的相當好的水分和氣體阻擋性的聚交酯（PLA)已被 用作生物可降解包裝材料的涂層聚合物；然而，其使用涉及許多問題。標準的低熔體指數聚 交酯是硬且脆的，需要高的擠出溫度和相當大的層厚度以粘附到包裝材料的纖維基板。由 于高溫，聚交酯有劣化的風險，并且在擠出中，熔融片料的邊緣容易撕裂并且針孔容易保留 在擠出層中。這還造成了低的機器速度。
[0005] 為了解決擠出問題，EP-1094944 Bl公開了內部粘合層，其與外部聚交酯層一起共 擠出并且由生物可降解聚合物組成，根據說明書，所述生物可降解聚合物的實例包括一些 市售共聚酯，纖維素酯和聚酯酰胺。
[0006] 在包裝材料的外涂層中使用低熔體指數聚交酯的另一個問題是其相當高的熔點， 和所得到的較差的熱密封能力。作為對此的改進，US-2002/0065345 Al公開了與聚交酯 (其在混合物中的份額為至少9% )和增粘劑（其在混合物中的份額為至少1% )共混的生 物可降解的脂族聚酯。作為適合的脂族聚酯，該公開提及了聚己內酯（PLC)和聚琥珀酸己 二酸丁二醇酯（PBSA)。根據該參考文獻，可以將混合物擠出成膜，所述膜可以軸向或雙軸向 拉伸并且可以通過層壓附著于纖維基板。
[0007] 通常，可以通過與所選的聚合物添加劑共混來提高對纖維基底的粘附性和PLA的 熱密封性，但是這些已經構成了多種限制其應用的問題。存在可以僅以少量使用因此不損 害基于PLA的涂層的整體生物可降解性的生物不可降解聚合物?？梢砸暂^大量使用其他生 物可降解的聚合物，但是即使那樣，與在擠壓涂布機上的流動性（runnabi I ity)有關的問 題可能會限制其應用。
[0008] 在本申請的申請日仍然保密的FI 20115745教導了，含有至少70重量％的聚交酯 和至少5重量％的聚琥珀酸丁二醇酯（PBS)或其衍生物的涂層具有對纖維基板的提高的粘 附和降低的毛邊滲透（raw edge penetration，REP)。對于涂布機中擠壓涂布過程的流動性 來說，70%以上的PLA高份額是必需的。因此，即使對于進一步提高熱密封性來說增加 PBS 份額將會是另外合乎需要的，對于PBS的份額來說，存在30重量％的上限。
[0009] 由于其對于擠壓涂布的適用性，用于涂布纖維包裝材料的PLA通常是具有至多 25g/10分鐘的熔體指數（210°C ;2. 16kg)的低熔體指數PLA。高熔體指數PLA對于這樣擠 出來說太粘，但是可以通過與其他較硬的聚合物共混而轉變?yōu)榭蓴D出的。
[0010] 在WO 2010/034712 Al中，公開了在纖維基底上的包含與聚己二酸對苯二甲酸丁 二醇酯（PBAT)共混的高熔體指數PLA (NatureWorks 3251 D)的聚合物涂層。還可以存在 一定量的其他聚酯如PBS作為另外的組分。描述了單層涂層和多層涂層二者，后者的實例 是包括與PBAT共混的PLA的最內層和最外層以及據稱為這種共混物或僅PLA的中間層的 結構。然而，100%的高熔體指數PLA的中間層的教導在實踐中是不可行的。應當使用低熔 體指數PLA，或者PLA應當與PBAT共混以將材料轉變?yōu)榭蓴D出的。在工作實例中，中間層中 PLA的份額為80 %并且在內層和外層中為60%。
[0011] 仍然存在提高基于PLA的聚合物共混物的可擠出性同時確保所得到的涂有聚合 物的纖維包裝材料的在擠出中的提高的機器速度、對纖維基底的良好粘附性、和提高的熱 密封性的需求。這些目標應該在提高經濟效益而不損害所得到的產品的環(huán)保特性的情況下 實現。
[0012] 發(fā)明概述
[0013] 本發(fā)明的發(fā)明人的目標是尋找纖維包裝材料的聚合物涂層的改進方法。尤其是， 目標是提高基于PLA的聚合物共混物的可擠出性，同時保持紙或板擠壓涂布機械的運行速 度以及涂層對纖維基板的良好粘附性和優(yōu)秀的熱密封性。
[0014] 根據本發(fā)明的方案是向纖維基板上擠出一個或多個聚合物涂層，所述聚合物涂層 包括由下列各項組成的聚合物共混物的至少一層：（i) 20-95重量％的具有大于35g/10分 鐘的高熔體指數（210°C ;2. 16kg)的聚交酯、（ii)5-80重量％的聚琥珀酸丁二醇酯（PBS) 或其生物可降解衍生物和（iii)〇_5重量％的一種或多種聚合物添加劑，其中與所述擠出 步驟相結合地將所述共混物的組分熔融并共混。
[0015] 將高熔體指數PLA與PBS共混提高了可擠出性，并且為共混物提供提高的粘附性 和熱密封性。尤其是，因為與擠出步驟相結合地共混并且熔融的聚合物組分作為顆粒單獨 供給，PBS及其衍生物具有超過PBAT作為共混組分的優(yōu)勢。顆粒的使用允許根據單個生產 批次容易地改變組分的份額，這是超過使用預制混合的共混物的優(yōu)勢。高熔體指數PLA的 使用允許比用標準的低熔體指數PLA更大幅度地提高PBS的份額。與PBAT相比，PBS可作 為由可再生、非化石原料制成的產品商購。
[0016] 根據本發(fā)明的實施方案，將共混物擠出為多層涂層的最外可熱密封層，從而提高 涂布的包裝材料的熱密封性。根據本發(fā)明的另一個實施方案，將共混物擠出為多層涂層的 最內粘合劑層，從而提高涂層對纖維基板的粘附性。
[0017] 本發(fā)明的優(yōu)選實施方案包括向纖維基板上共擠出多層涂層，所述多層涂層包括 (i)包含20-95重量％的高熔體指數聚交酯和5-80重量％的PBS或其衍生物的共混物的最 內層、（ii)含有低熔體指數聚交酯的中間層和（iii)包含20-95重量％的高熔體指數聚交 酯和5-80重量％的PBS或其衍生物的共混物的最外層。
[0018] 優(yōu)選地，最內涂層和最外涂層中的聚交酯是一種且相同的高熔體指數聚交酯。甚 至在其他方面，組分及其份額也可以是相似的，因此相同的聚合物共混物可以用于最內和 最外涂層二者，這極大地簡化了共擠出過程。
[0019] 在以上實施方案中，低熔體指數PLA的較硬層作為多層結構的中間層結合，以支 持較松散的高熔體指數PLA共混物層并且從而提高它們的可共擠出性。該解決方案允許共 擠出過程中足夠的機器速度。標準的低熔體指數PLA的使用提高了擠出過程的可控性，同 時內層和外層中高熔體指數PLA的份額的重要性降低并且對于改變各個共混物的最佳粘 附性和熱密封性來說將會存在增強的窗口。通常，高熔體指數PLA的使用允許增加共混物 中PBS或其衍生物的份額，從而在提高熱密封性和粘附性同時保持擠出機械的流動性。
[0020] 除了高熔體指數PLA和PBS或其衍生物之外，可以任選地向共混物中加入至多5 重量％的其他聚合物組分，條件是保持涂層的生物可降解性。丙烯酸類聚合物如乙烯丙烯 酸丁酯甲基丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物（EBAGM)可以被引用作為這種添加劑的實例。 至少大部分的涂層聚合物可以由從基本上可生物再生的自然來源得到的原料制造。
[0021] 本發(fā)明的另一個方面是生物可降解包裝材料。根據本發(fā)明，所述材料包括纖維基 板和一個或多個擠出的聚合物涂層，所述聚合物涂層包括由下列各項組成的聚合物共混物 的至少一層：（i)20-95重量％的具有大于35g/10分鐘的高熔體指數（210°C;2. 16kg)的聚 交醋、（ii)5-80重量％的聚琥珀酸丁二醇酯（PBS)或其生物可降解衍生物和（iii)