[发明专利]用于制造生物可降解包装材料的方法、生物可降解包装材料以及由其制成的包装和容器

说明书

发明背景

本发明涉及制造生物可降解包装材料的方法，所述方法包括向纤维基板上共挤出多层聚合物涂层。本发明还涉及通过所述方法得到的生物可降解包装材料以及包含根据本发明的包装材料的容器和产品包装。

产品包装的基于纤维的包装材料，如包装纸或板，通常设置有使得包装紧密并且允许通过热密封将包装封闭的聚合物涂层。类似的涂有聚合物的纸或板还用于一次性餐具，如饮用杯。聚烯烃，如低密度聚乙烯(LDPE)，由于其良好的热密封性而被广泛地用于涂层。然而，普通聚烯烃的缺点在于，它们不是生物可降解的。

具有对于许多应用来说足够的相当好的水分和气体阻挡性的聚交酯(PLA)已被用作生物可降解包装材料的涂层聚合物；然而，其使用涉及许多问题。标准的低熔体指数聚交酯是硬且脆的，需要高的挤出温度和相当大的层厚度以粘附到包装材料的纤维基板。由于高温，聚交酯有劣化的风险，并且在挤出中，熔融片料的边缘容易撕裂并且针孔容易保留在挤出层中。这还造成了低的机器速度。

为了解决挤出问题，EP-1094944 B1公开了内部粘合层，其与外部聚交酯层一起共挤出并且由生物可降解聚合物组成，根据说明书，所述生物可降解聚合物的实例包括一些市售共聚酯，纤维素酯和聚酯酰胺。

在包装材料的外涂层中使用低熔体指数聚交酯的另一个问题是其相当高的熔点，和所得到的较差的热密封能力。作为对此的改进，US-2002/0065345 A1公开了与聚交酯(其在混合物中的份额为至少9％)和增粘剂(其在混合物中的份额为至少1％)共混的生物可降解的脂族聚酯。作为适合的脂族聚酯，该公开提及了聚己内酯(PLC)和聚琥珀酸己二酸丁二醇酯(PBSA)。根据该参考文献，可以将混合物挤出成膜，所述膜可以轴向或双轴向拉伸并且可以通过层压附着于纤维基板。

通常，可以通过与所选的聚合物添加剂共混来提高对纤维基底的粘附性和PLA的热密封性，但是这些已经构成了多种限制其应用的问题。存在可以仅以少量使用因此不损害基于PLA的涂层的整体生物可降解性的生物不可降解聚合物。可以以较大量使用其他生物可降解的聚合物，但是即使那样，与在挤压涂布机上的流动性(runnability)有关的问题可能会限制其应用。

在本申请的申请日仍然保密的FI 20115745教导了，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)或其衍生物的涂层具有对纤维基板的提高的粘附和降低的毛边渗透(raw edge penetration，REP)。对于涂布机中挤压涂布过程的流动性来说，70％以上的PLA高份额是必需的。因此，即使对于进一步提高热密封性来说增加PBS份额将会是另外合乎需要的，对于PBS的份额来说，存在30重量％的上限。

由于其对于挤压涂布的适用性，用于涂布纤维包装材料的PLA通常是具有至多25g/10分钟的熔体指数(210℃；2.16kg)的低熔体指数PLA。高熔体指数PLA对于这样挤出来说太粘。将高熔体指数PLA与其他较硬的聚合物共混提高了可挤出性，同时聚合物添加剂可以选自为共混物提供提高的粘附性和热密封性的这种生物可降解聚合物。同时，可以比用标准的低熔体指数PLA更大幅度地提高所加入的聚合物的份额。

在WO 2010/034712 A1中，公开了在纤维基底上的三层涂层，其包括与生物可降解聚酯共混的PLA的最内层和最外层以及这种共混物或仅PLA的中间层。所选择的聚酯是聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)，但是也可以存在一定量的其他聚酯如PBS。用于多层结构的PLA是NatureWorks 3251 D，其为高熔体指数PLA。这意味着，100％PLA的中间层的教导在实践中是不可行的。必须存在与PLA共混的聚酯以将材料转变为可挤出的。在工作实例中，中间层中PLA的份额为80％并且在内层和外层中为60％。较硬的内层和外层因此用于在共挤出中支持较松散的内层。

仍然存在提高共挤出过程中机器速度同时保持所得到的涂有聚合物的纤维包装材料的良好的粘附性和热密封性的需求。这些目标应该在提高经济效益而不损害所得到的产品的环保特性的情况下实现。

发明概述

本发明的发明人的目标是寻找用于纤维包装材料的多层聚合物涂层的更快的方法。尤其是，目标是提高纸或板机械的流动性。此外，目标是寻找一种涂布的纤维包装材料，在其中多层涂层具有对纤维基板的良好的粘附性，其可以容易地热密封，并且其产生了降低的材料成本。