[发明专利]包含纳米纤维素的柔性包装膜

说明书

本发明涉及包含纳米纤维素的聚合物组合物，包含由所述聚合物组合物形成的一个或多个层的膜，以及其包装。本发明的一个目的是提供重量轻的、有成本效益的且可持续性的聚合物组合物和由其制成的膜。本发明的另一个目的是提供具有改进的热性能和机械性能的单材料膜。本发明人已经令人惊讶地发现，包含具有特定长宽比的纳米晶体纤维素的膜提供了改善的功能性能，如热性能和机械性能，并且进一步地，所述膜更好地适于回收。进一步优选地发现，包含聚烯烃(更优选聚乙烯)与具有特定长宽比的纳米晶体纤维素组合的膜提供了改善的功能性能，如热性能和机械性能，其适于包装家庭护理和个人护理产品。

技术领域

本发明涉及包含纳米纤维素的聚合物组合物，包含由所述聚合物组合物形成的一个或多个层的膜和容器，以及其包装。

背景技术

塑料和含塑料制品广泛用于包装具有固有短寿命的产品，如个人护理产品和家庭护理产品。虽然一些塑料得到回收，但是其大部分被处理到垃圾填埋场中。由于环境和经济原因，含塑料制品的处理和回收特别重要。

基于聚合物的多层包装材料常用于结合不同聚合物的各自性能。多层包装材料允许包装执行对于单层而言不可能的功能组合，并且在包装设计中提供更大的灵活性。与执行相同功能的单层材料相比，多层包装材料还降低了成本并减少了所需聚合物材料的量。通过这种方法，产生了定制包装功能性的概念，以充分保护敏感产品并获得延长的贮存期限。例如，在印刷包装膜中，聚烯烃如聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)通常与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)组合，在这样的多层膜中，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)层适合于印刷，且PE层提供优异的密封性能。

然而，由于其可回收性较差，大多数多层膜通常被焚烧或填埋，这抵消了向着循环经济和原油非依赖性作出的努力。目前，存在用由单一类型的聚合物材料制成的膜层压体或多层膜代替具有不同类型的聚合物材料的多层包装的趋势。具有单一材料例如聚烯烃以及少量其它聚合物材料的膜层压体或多层膜仍然被认为是由单一材料制成的薄膜，并且相对容易回收。

在组合物中包含生物材料以及合成热塑性聚合物在一定程度上克服了与合成热塑性塑料的应用相关的长期环境污染和高原料成本的问题。一种这样的感兴趣的生物材料是纳米纤维素，包括纳米晶体纤维素、纤维素纳米纤维、晶须和微纤维化纤维素。

将纳米纤维素分散在聚合物组合物中已经被证明是非常具有挑战性的。将纳米纤维素分散在聚合物组合物中的尝试涉及对纳米纤维素表面进行改性，这在一定程度上改善了分散，但没有完全解决分散问题，因为这样的表面改性的纳米纤维素原纤维在与聚合物共混时仍可趋于团聚。当纳米纤维素原纤维被制备为在水中的2％分散液或凝胶，并且需要用与热塑性聚合物组合物更相容的一些材料来代替水时，分散问题甚至更显著。天然纳米纤维素由于在纳米纤维素与热塑性聚合物之间的不良相容性而趋于在聚合物组合物中形成团聚物，并且产生了降低由聚合物组合物制备的膜的机械性能的弱点。

过去已经使用相容剂(compatibilizer)来改善纳米纤维素在聚合物组合物中的分散。相容化(compatibilization)是将物质加入聚合物的不混溶共混物中以提高它们的稳定性的过程。聚合物组合物通常包括不稳定的相形态，导致机械性能较差。对该体系进行相容化将通过在两种否则不混溶的(或部分混溶的)聚合物之间产生相互作用来制备更稳定和更好的共混相形态。

对纳米纤维素和聚合物进行相容化的一种这样的尝试在WO2017/049021A1(APIIP HOLDING LLC)中进行，其公开了具有聚合物、纳米纤维素和相容剂的聚合物复合材料。所述纳米纤维素包括纤维素纳米晶体和/或纤维素纳米原纤维，并且所述相容剂包括马来酸化的(maleated)聚合物。

最近，WO2017/192838A1(Dow Global Technologies LLC)公开了一种包含聚乙烯和纳米纤维素的聚合物共混物，其当与不含纳米纤维素的聚合物共混物相比时提供了改善的性质。所述纳米晶体纤维素的平均粒径为宽度4至5纳米，长度50至500纳米。其还公开了包含该聚合物共混物的单层膜和多层膜。