[发明专利]增强的PVOH基阻挡层组合物、阻挡层和其制造方法

说明书

提供了一种包含纤维基基底和基于聚乙烯醇(PVOH)的气体阻挡层的包装材料，其中所述气体阻挡层包含互聚物复合物形成剂(IPCFA)，所述IPCFA为水溶性聚合物，呈现能够与PVOH的‑OH基团形成氢键的官能团。所述PVOH具有的根据ASTM D4001–13测量的重均分子量(M_w)在约80kg/mol到135kg/mol的范围内，所述气体阻挡层中的所述IPCFA与PVOH的比例在0.5到7.0％(w/w)的范围内，并且所述包装材料具有的氧气渗透性(OP)低于14mlμm/m²天atm，所述OP通过将根据ASTM F1927‑7在80％的相对湿度(RH)和23℃下测量的所述包装材料的氧气穿透率(OTR)乘以所述气体阻挡层的厚度而获得。

技术领域

本公开涉及包装材料领域，并且特别涉及增强的PVOH基阻挡层和其制造方法，以及包含所述阻挡层的包装材料和由其制得的包装，特别是敏感产品诸如但不限于食品、饮料和药物的包装。

背景技术

包装制造行业面临着一个重大的挑战，即发展能够基于可持续资源生产包装，并且可以比目前更低的成本和/或能量消耗水平进行生产的概念。这尤其涉及生产用于敏感产品诸如食品、饮料和药物的包装的那些行业板块。

目前，这些包装产品含有若干层化石基聚合物诸如聚乙烯和铝，其在各种环境条件(例如湿度和温度)下保护敏感内容物不受气味、湿气、氧气和光的影响。值得注意的是，即使铝构成包装产品中的最小阻挡组分，但铝占了包装制造过程中消耗的大部分能量。替代这些材料的努力正在进行，但并非没有挑战。

聚乙烯醇(PVOH)是非离子水溶性聚合物，其具有吸引人的特性，诸如生物可降解性和针对油脂和油包括矿物油形成有效阻挡层的能力。此外，聚合物链的羟基基团之间的氢键连同聚合物的半结晶结构使得能够形成致密层，这使PVOH成为最佳的可用聚合物基气体阻挡物之一。最后，根据官方规定，诸如德国联邦风险评估研究所(GermanBundesinstitut fürRisikobewertung；BfR)或美国食品药品监督管理局(U.S.Food andDrug Administration；FDA)颁布的官方规定，PVOH是经过批准的用于食品包装的材料；因此，PVOH是用于包装行业的极具吸引力的材料。

WO 2013/064500(Johan Larsson和Anders Karlsson)公开了包含聚合物和表面活性剂的可幕涂气体阻挡涂料组合物，其中聚合物选自由聚乙烯醇和多糖或其混合物组成的组，其中所述多糖可溶解或可分散或可悬浮于水中，并且表面活性剂是水溶性非离子乙氧基化醇。WO 2013/064500还涉及借助于涂料组合物为基底提供气体阻挡层的方法，以及具有至少一个通过用涂料组合物涂覆基底而获得的气体阻挡层的经涂覆的基底。此外，WO2013/064500涉及包含用涂料组合物涂覆的经涂覆的纸板的包装材料，以及包含这类包装材料的液体包装。

然而，包装行业中PVOH作为有效阻挡物的更广泛实施的主要障碍是聚合物的亲水性，这在高湿度条件下大大降低了阻挡物的有效性。本文中的术语“高湿度条件”是指50％的相对湿度(RH)或甚至80％RH。

解决这一缺陷有不同的方法。举例来说，试图通过添加纳米填料来改进PVOH膜的阻挡特性。纳米填料是以高表面积和高纵横比为特征的颗粒。高表面积和纵横比在阻挡应用中是有利的，因为颗粒在被最佳施用时会使气体分子更难以扩散通过涂层。然而，聚合物基质中纳米填料颗粒的最佳施用(均匀分布)通过工业相关的即简单并且负担得起的工艺难以实现。

这可以由纳米填料的高纵横比和表面积导致纳米颗粒的严重聚集来解释。因此，必须使用过量的纳米填料，诸如基于聚合物基质的量10％(w/w)，以实现吸引人的气体阻挡特性。这一缺点会产生问题，因为由纳米填料聚集产生的应力点会导致纳米复合材料的机械特性劣化。