[发明专利]包含聚氨酯的双涂层阻隔系统

说明书

技术领域

本发明涉及阻隔涂层，其可用来涂布和赋予多种材料以阻隔性，所述材料特别是用作食品和药品的包装的膜。阻隔涂层可例如用在以粘合方式形成的层合物的形成中。本发明的阻隔涂层有利地具有阻断包括湿气在内的气体的通道的能力并因此特别可用于其中希望防止气体进入包装中或是从包装中逃逸出的包装中。所述涂层有利地提供有效的气体和/或湿气阻隔，尤其是在高相对湿度的环境中。

背景技术

合成塑料材料已长期被用于需要保护以免受操作和湿气影响的食品及其他材料的包装。然而，近年来，人们已认识到，除此之外，许多食品和其他敏感材料还受益于大气氧及其他气体的防护。意在减少或抑制气体、蒸汽、香味等的渗透的阻隔膜和包装材料已见广泛描述。常见的阻隔组合物包含聚酯、PVDC、丙烯酸类聚合物、聚酰胺等。PVDC涂布膜使用广泛并且甚至在高的相对湿度下也表现出优异的氧和湿气阻隔性，从而改善否则气体阻隔性差的一系列基础膜的气体阻隔。

基础膜可包括聚丙烯、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和赛璐玢等的双轴拉伸膜。通常，这些基材可与其他膜层合并用于缠绕或包装多种食品以防护气体出入。因其优异的气体阻隔，金属化基材也已被用于包装材料，然而缺点是成本高，并且其柔韧性差而导致阻隔金属层的断裂，主要用作层合结构的中间层。

就PVDC而言，这些包装材料作为非工业的家庭生活废物处置。不幸的是，焚化时，它们将放出有毒废物和危险气体。最令人担忧的是含氯副产物，其是高度致癌的。因此，高度需要向其他阻隔聚合物转变。聚乙烯醇和共聚物如乙烯乙烯醇共聚物具有优异的氧阻隔性能，然而这高度取决于周围的相对湿度。高的相对湿度下的阻隔性能可通过引入添加剂、交联剂如硅烷、多价金属阳离子和片状填料来改善，但在75%的相对湿度以上，性能通常降低。

在典型的周围温度和相对湿度条件下，为保护食品，阻隔涂层应提供在90%RH和23℃下例如<10cc m²/天的氧气透过率（OTR）；并且在90%RH和38℃下<10gm m²/天的湿气透过率（MVTR）（其他常用来改变包装内气氛的气体如二氧化碳也重要）。这些涂层可或用作表面涂层或可作为多层层合物结构的一部分包含，用于例如食品包装应用。

近来已开发出包含片状或板样填料以增强气体阻隔性的气体阻隔涂层。此类片状填料通常为无机层状材料，也称层状无机材料，通常具有高的形状比（即，材料的单个“片”的长度和厚度之间的比率），例如在其剥离形式中高于约20的形状比，如介于20和10,000之间。常用的无机层状材料具有高于约50、例如高于约100的形状比。无机层状材料包括纳米粒子，尤其是纳米粒子粘土。纳米颗粒为至少一个维度在纳米范围内即小于100nm的颗粒。用作片状填料的纳米粒子通常具有小于100nm的最大厚度，例如小于50nm的最大厚度，如小于20nm的最大厚度。常用的层状无机材料的例子包括高岭石、蒙脱石、硅镁土、伊利石、膨润土、埃洛石、高岭土、云母、蛭石、硅藻土和漂白土、煅烧硅酸铝、水合硅酸铝、硅酸镁铝、硅酸钠和硅酸镁。此类无机层状材料的市售例子有Cloisite Na+（可得自Southern Clay）、Bentone ND（可得自Elementis）、Microlite963和Somasif ME100。在气体阻隔涂层的配制中有经验的人士熟知，片状（意味着高的形状比）粒子如粘土通常通过创造更曲折的气体分子渗透阻隔涂层的路径而提高阻隔效果。这些颗粒通常归入纳米颗粒一类，目前备受关注，特别是在其毒物学和作为食品包装组分的合适性方面。此外，虽然常见气体阻隔性的改善，但层合物粘结强度常常减小。

聚氨酯已被用在印刷、涂料等中多年。在包装的转换中，现今使用大体四种类型的聚合物。

·第一类为基于二异氰酸酯和长链二醇/三醇（例如，PPG1000、1500、2000；或PTMO1000、2000等）的低数均分子量（5000-25000）聚氨酯“加合物”，其可溶于有机溶剂中。这种类型的聚合物不自身形成干膜并被用来增塑较硬较脆的树脂如硝化纤维素或乙酸丙酸纤维素，从而赋予所形成的膜以更好的附着力和柔韧性。

·第二类为可溶于有机溶剂中并通常基于选择以赋予硬和软的链段相区的二异氰酸酯和多元醇的组合的弹性体聚氨酯，其使得聚合物形成干膜并通常以极少改性的形式用于复合油墨应用。不必要或确实向可溶于溶剂的聚氨酯的主链中引入酸基团，直到现在，此改性仅出于获得在水性体系中的稳定性的目的而使用。