專利名稱：多層可熱密封的包裝材料、由其制備的食品包裝以及包裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別用于食品包裝的可熱密封的多層包裝材料。包裝材料是以纖維材料的中間層(如紙板)為基礎(chǔ)，除此之外，它含有用于延長包裝產(chǎn)品使用壽命的一層或數(shù)層保護層和在材料表面上的用于密封包裝的熱密封聚合物。此外，本發(fā)明涉及一種基于使用包裝材料(即一種通過熱密封來密封的食品包裝)以及使用食品包裝用的包裝材料(如熱密封的牛奶和果汁紙盒)的方法。
已嘗試制造易腐液體食物(如牛奶產(chǎn)品和果汁)用的、用于改進耐久性的使氧氣和香味不可透過的包裝。傳統(tǒng)的方法是向纖維基包裝材料提供灰色的鋁箔，鋁箔有效防止空氣中的氧氣滲透以及包裝產(chǎn)品中香味的泄漏。然而，長期使用的鋁箔由于其高成本、環(huán)境危害和涉及材料回收方面的規(guī)則導(dǎo)致其應(yīng)用現(xiàn)已降低。在垃圾場上鋁是不可分解的，且用鋁做襯里的包裝紙板難以再生。
在食品包裝中用作氧氣和香味阻擋層的鋁在更大程度上已被聚合物取代；最重要的聚合物是乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)、聚酰胺(PA)和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。通過將這些聚合物與粘合劑結(jié)合并熱密封聚合物，形成多層紙板，其中使用這些聚合物至少已達到幾乎可與鋁媲美的密封特性。
也取決于材料成本和加嚴的環(huán)境規(guī)則，另一趨勢是降低了包裝紙板涂層所使用的聚合物量。在公開印刷的FI-96752中公開了一種用已知的聚合物涂布的食品包裝紙板，在該包裝紙板中，同時實現(xiàn)了良好的氧氣和香味屏蔽性以及聚合物密封層和粘合劑層的低材料用量。該公開號中的包裝紙板的優(yōu)點基本上是基于約250℃的低熱密封溫度，在低熱密封溫度情況下，在包裝的封口階段可能防止聚合物層中空穴的形成和防止由此引起的氣體屏蔽性的降低。由于熱密封溫度盡可能低，也降低了產(chǎn)品味道和氣味變壞的危險。
根據(jù)公告FI-96752，可能將云母摻入到EVOH密封層中，用于改進層材與紙板的粘著。也表明云母影響氣體的屏蔽性和降低紫外光的穿透性。專利申請FI-980086進一步公開了多層包裝紙板，在該紙板的氣體阻擋層中，向聚合物中加入大量的滑石。該申請還公開了通過向密封層中除了加入滑石之外，也加入占該層最多5wt％的染料，在該密封層作用下產(chǎn)生的紫外保護。
若包裝紙板及其聚合物涂層厚度大，則它們形成相對良好的保護，防止紫外輻射和可見光二者的透射。作為熱密封聚合物而使用的紫外輻射對聚乙烯具有弱化的作用，這一事實是主要的優(yōu)點，因為它促進在垃圾場上材料的分解，結(jié)果是紫外光的透射增加。當(dāng)在材料中使用漂白的硫酸鹽紙漿的情況下尤其如此，這種漂白的硫酸鹽紙漿由于其器官感覺性能好，從而最適用于食品包裝。未漂白的紙漿有效地吸收光線，但由于其對味道和氣味可能存在的有害影響，因此避免其在食品包裝中的應(yīng)用。在提供有鋁箔的傳統(tǒng)包裝材料中不會發(fā)生光線或UV輻射的透射。
本發(fā)明部分基于發(fā)現(xiàn)公告FI-96752中的多層包裝紙板和各種現(xiàn)代包裝紙板甚至可讓10％越過它的可見光透過，以及部分基于觀察到這種光線，與氧氣相類似，也可對包裝食品的耐久性和質(zhì)量產(chǎn)生有害影響。所進行的測試表明滲透到包裝材料中的光線使果汁中的維生素C分解，從而在5周的儲存期中，使其含量降低到最初的1/3。在另一類似的保存試驗中，其中消除了光線的影響，在試驗結(jié)束后仍保留約75％的維生素C。
由于所述令人驚奇的發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的目的是提供一種溶液，利用該溶液可防止光線有害地穿透包裝材料。本發(fā)明因而包括一種可熱密封的包裝材料，它除了含有纖維材料的中間層之外，還含有至少一種氣體不可透過的、保護包裝產(chǎn)品的聚合物密封層和作為材料表層的至少一種聚合物熱密封層；本發(fā)明的特征在于熱密封層含有一種保護產(chǎn)品免遭可見光的吸光顏料。
本發(fā)明因此要求使用與熱密封聚合物混合的顏料，顏料吸收400-700nm波長范圍內(nèi)的可見光。最有效的顏料是在整個波長范圍內(nèi)吸收的黑色顏料，如炭黑，該顏料無毒，因此適用于食品包裝。炭黑還提供有效的保護，防止紫外射穿包裝。
由于熱密封層一般比多層紙板中的其它聚合物涂層厚得多的事實導(dǎo)致將顏料摻入到熱密封層中是第一位的；顏料實現(xiàn)了在聚合物層中較光滑的覆蓋面，而沒有產(chǎn)生干擾該層外觀的條紋。第二，在氧氣阻擋層中的聚合物的密封特性常常取決于其純度，正因為如此，人們傾向避免向其中加入外來組分。顏料與典型地用作熱密封聚合物的聚烯烴均勻混合，和在所使用的濃度下，它們不會妨礙聚合物的可擠出性或可熱密封性。
特別有利的是，通過適當(dāng)?shù)鼗旌虾谏伭虾桶咨伭?，本發(fā)明食品包裝材料中的熱密封層被染成灰色。白色顏料反射材料表面的光線，從而降低材料的透光率。然而，更重要的優(yōu)點是變?yōu)榛疑牟牧贤庥^；灰色表層看起來象食品包裝中傳統(tǒng)使用的鋁箔，而消費者經(jīng)過一定時間已習(xí)慣了鋁箔。對取得材料在市場上的認可來說，這種物質(zhì)是很重要的。黑色顏料本身會產(chǎn)生一種難以形容的暗淡的、美學(xué)上有問題的材料表面，這種表面可能會引起市場反感，盡管從技術(shù)觀點的各方面來考慮這種材料是有作用的。
實際上，通過向熱密封聚合物中加入很少量的黑色顏料可使可見光波長內(nèi)的透光率降低到接近零。熱密封層中顏料的用量可介于約0.05-0.5wt％，優(yōu)選約0.10-0.30wt％，最優(yōu)選約0.10-0.20wt％。0.20wt％是一閾值，超過該閾值實際上不能改善吸收，但為了實現(xiàn)適當(dāng)程度的灰色可超過該閾值。考慮到適當(dāng)程度的灰色，白色顏料的用量必須比黑色顏料的用量大得多，如白色顏料占熱密封層的約5-25％，優(yōu)選約10-20％，最優(yōu)選約10-15wt％。通過使0.15wt％炭黑和12wt％二氧化鈦與低密度聚乙烯(PE-LD)混合，已發(fā)現(xiàn)最佳的熱密封濃度，在紙板上以假亂真地類似鋁箔。
熱密封層中低密度聚乙烯的密度可以是912-935kg/m3，優(yōu)選915-930kg/m3，熔體粘度(MFR2)為0.5-20g/10min，優(yōu)選3-10g/10min。除了顏料之外，最多0.5％作為除臭劑的分子篩(如硅酸鋁鈉)可摻入到熱密封層中。
可熱密封包裝的包裝材料通常在兩側(cè)均提供有聚合物熱密封層。然而根據(jù)本發(fā)明，只有在包裝內(nèi)部的熱密封層被染色。包裝外表面的熱密封層保留無色，以便不覆蓋紙板上的印刷。
至于本發(fā)明包裝材料的氧氣密封層，可特別參考公告印刷品FI-96752。在所述的公告中，阻擋氧氣的聚合物可以是EVOH、PET或PA、與EVOH混合的PA；除了這些之外，也可以考慮PA本身；互相粘結(jié)在一起的獨立的EVOH和PA層；以及與礦物混合的熱密封聚合物(如滑石)。在所有情況下，本發(fā)明的相同的包裝材料結(jié)合有氧氣和香味阻擋以及防止可見光的作用。
本發(fā)明進一步包括可熱密封的包裝材料，它除了含有纖維材料的中間層之外，還含有被染成灰色的至少一種聚合物基的保護層，其中通過在所述保護層中混入吸光黑色顏料(如炭黑)和白色顏料(如二氧化鈦)使該保護層被染色，以便黑色顏料提供包裝產(chǎn)品防止可見光的作用，所述灰色保護層同時充當(dāng)材料的熱密封層。保護層中顏料的混合比例可以是如上所述的比例。這種材料適于包裝，最重要的是在儲存期間可以免遭光線破壞。
本發(fā)明包裝食品的方法的特征是，由包裝材料彎曲成紙盒或紙箱，通過熱密封將食品密封在紙盒或紙箱中，其中包裝材料包括紙板的中間層、至少一種氣體不可透過的聚合物密封層和至少一種聚合物熱密封層，而熱密封層與保護食品，免遭可見光的吸光顏料混合。如上所述，熱密封層優(yōu)選通過使用顏料將其染成灰色。本發(fā)明所使用的炭黑和二氧化鈦顏料并不干擾包裝的熱密封性，因此約250℃是足以熱密封的溫度。因而公告FI-96752中已知的技術(shù)本身可用于本發(fā)明，而沒有損害該公告中所提及的任何優(yōu)點。
關(guān)于本發(fā)明最后的食品包裝以及本發(fā)明包裝材料的應(yīng)用，可參考所附的權(quán)利要求，特別是權(quán)利要求13-18。
接下來通過參考附圖并以實施例方式更詳細地解釋本發(fā)明，其中

圖1-5圖示了本發(fā)明五種不同的層壓包裝材料；和圖6和7描述了根據(jù)本發(fā)明的一些包裝材料和代表現(xiàn)有技術(shù)的一些包裝材料測量的透光率與光波的函數(shù)關(guān)系。
圖1-5是主要用于食品包裝的本發(fā)明多層可熱密封包裝材料的例舉。包裝材料1的兩個表面均是由低密度聚乙烯(PE-LD)構(gòu)成的可熱密封的表層2組成，其中可熱密封的表層2形成最后密封包裝的外層，接下來是纖維材料的中間層3，其中纖維材料可以是例如漂白的硫酸鹽紙漿構(gòu)成的紙板。在圖1-3中緊接著是聚合的氧氣和香味不可透過的密封層4，所述密封層4的材料是乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)和聚酰胺(PA)的混合物。圖4和5的包裝材料包括兩層互相粘結(jié)在一起的密封層4和5，該密封層的材料是EVOH和PA；在圖4中，PA緊貼著紙板，和EVOH與PA相粘結(jié)，而在圖5中，EVOH緊貼著紙板，和PA與EVOH相粘結(jié)。繼密封層4或密封層4和5之后是粘合劑層6，該粘合劑層例如是用馬來酸酐改性的低密度聚乙烯，使用粘合劑層的目的是使密封層與形成包裝內(nèi)表面的低密度聚乙烯(PE-LD)構(gòu)成的熱密封層7相粘結(jié)。
根據(jù)本發(fā)明，在所示的包裝材料1中，形成包裝內(nèi)表面的熱密封層7中摻入一種或數(shù)種顏料，目的是防止可見光透入密封包裝中，在所述的密封包裝中可見光會損害被包裝的產(chǎn)品。本發(fā)明所使用的顏料優(yōu)選炭黑，炭黑在低濃度下提供幾乎完美保護，免遭可見光。根據(jù)本發(fā)明，也可向熱密封層7中加入白色顏料(如二氧化鈦)，但白色顏料對光線的保護產(chǎn)生一些影響，然而最重要的是，它在美學(xué)上提供給熱密封層令人愉快的類似鋁箔的外觀。
在所示的包裝材料1中，紙板的中間層3的重量是至少170g/m2，優(yōu)選200-400g/m2。疊加的聚合物層4-7可通過共擠出一步置于紙板3上。密封層4和5以及粘合劑層6的材料用量是每層1-10g/m2，優(yōu)選每層2-5g/m2。熱密封層1和7二者的材料用量是5-60g/m2，優(yōu)選20-50g/m2，最優(yōu)選30-40g/m2。在形成包裝內(nèi)表面的熱密封層7中的炭黑的份量是0.05-0.5wt％，優(yōu)選約0.15wt％，而二氧化鈦的份量是5-25wt％，優(yōu)選約12wt％。
以連續(xù)的卷材形式制造的本發(fā)明的包裝材料可沖切成坯料，坯料可被再次彎曲和熱密封，從而形成密封的食品包裝。熱密封溫度最多250℃。被包裝的產(chǎn)品特別地可以是液體食品，例如果汁和牛奶產(chǎn)品(如牛奶、奶油、酸乳、酸奶和冰淇淋)。同樣地干燥食品用的盒狀包裝是可能的，如用于面粉、粉末、薄片、谷物和動物食品的包裝。此外，可提供預(yù)制食品用的密封器皿，其中所述器皿及其密封蓋二者均是由本發(fā)明的光不可滲透的包裝材料制得。
在圖6和7中示出了本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)中的一些包裝材料在400-700nm的可見光波長范圍內(nèi)測量的透光曲線。在圖6中，由重量為240g/m2和帶有20g/m2透明的、未染色的聚乙烯(PE-LD)涂層的漂白紙漿構(gòu)成的紙板獲得曲線8；由重量為300g/m2的同樣涂布的漂白紙漿構(gòu)成的紙板獲得曲線9；由重量為239g/m2的類似涂布的未漂白紙漿構(gòu)成的紙板獲得曲線10，而由重量為240g/m2和用20g/m2聚乙烯(PE-LD)涂布的漂白紙漿構(gòu)成的紙板獲得說明本發(fā)明的曲線11，其中聚乙烯通過混入0.12％炭黑和7.5％二氧化鈦而被染成灰色。
通過比較圖6的曲線8和9，可觀察到透光率增加，而透光率增加是由漂白塊制造的紙板變薄的結(jié)果。曲線10進一步表明若由未漂白的紙漿制造紙板，則幾乎不存在透光率的問題。通過在白色和黑色顏料輔助下變灰的本發(fā)明的聚合物涂層實現(xiàn)了曲線11基本上相應(yīng)的透光率。
圖7含有如圖6中所測量的透光率曲線，這些曲線闡述了二氧化鈦和炭黑的用量對吸光率的影響。闡述本領(lǐng)域狀態(tài)的曲線9和闡述本發(fā)明的曲線11類似于圖6中的那些。由重量為300g/m2和用20g/m2含7.5％二氧化鈦的聚乙烯(PE-LD)涂布的漂白紙漿構(gòu)成的紙板獲得曲線12。由相同基體的紙板獲得曲線13，其中所述紙板用與其共混的17g/m2所述漂白的聚乙烯以及3g/m2所述變灰的聚乙烯涂布。通過比較圖7的曲線，可注意到與炭黑相比，二氧化鈦對透光率的降低有相對較小的影響，甚至當(dāng)炭黑濃度低至0.018％時會使透光率降低到?jīng)]有加入顏料情況下透光率值的1/3以下。
通過追蹤在9℃和23℃的儲存溫度下，在5周長的耐久性試驗過程中，包裝的蘋果汁中維生素C濃度的變化來進一步檢驗本發(fā)明。包裝是熱密封密閉的紙盒，在該紙盒中使用本發(fā)明的包裝紙板，紙板的重量為240g/m2，用5g/m2的乙烯乙烯醇共聚物、6g/m2的聚合物粘合劑涂布該紙板，和用與0.12％炭黑和7.5％二氧化鈦混合的45g/m2的聚乙烯(PE-LD)在頂部涂布該紙板，其中在炭黑和二氧化鈦作用下該層被染成灰色。參照材料是類似地用聚合物涂布的一種包裝紙板，但是沒有向最頂層的熱密封層中加入顏料。
測量包裝時刻以及2和5周的儲存時間之后果汁中的維生素C的濃度。結(jié)果見下表。
表蘋果果汁中維生素C濃度(mg/l)的變化
結(jié)果表明在包裝的果汁中，在維生素C的保護上有相當(dāng)大的改進，這是通過本發(fā)明實現(xiàn)的。
本發(fā)明實施方案的各種形式并不限于上述實施例，但它們可在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化，這對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。紙張也可替代紙板用作包裝材料的中間層，但紙張適用于干燥包裝的實施方案。此外，可以僅在包裝材料一側(cè)提供聚合物熱密封層。在該材料的另一側(cè)，特別是在干燥包裝的外側(cè)，可使用可熱密封的天然漆。
權(quán)利要求
1.用于食品包裝的多層可熱密封的包裝材料(1)，其中包括纖維材料的中間層(3)、至少一層保護包裝產(chǎn)品的氣體不可透過的聚合物密封層(4，5)和至少一層作為材料表層的聚合物熱密封層(2，7)，其特征在于熱密封層(7)包括保護產(chǎn)品免遭可見光的吸光顏料。
2.權(quán)利要求1的包裝材料，其特征在于通過將吸光顏料如炭黑和白色顏料如二氧化鈦混合到熱密封聚合物中，從而使熱密封層(7)變灰。
3.權(quán)利要求1或2的包裝材料，其特征在于熱密封層(7)包括占聚合物量0.05-0.5％，優(yōu)選0.10-0.30％，和最優(yōu)選0.10-0.20％的黑色顏料。
4.權(quán)利要求2和3的包裝材料，其特征在于熱密封層(7)包括占聚合物量5-25％，優(yōu)選10-20％，和最優(yōu)選10-15％的白色顏料。
5.前述權(quán)利要求之一的包裝材料，其特征在于熱密封層(7)中的聚合物是聚烯烴，如低密度聚乙烯(PE-LD)。
6.前述權(quán)利要求之一的包裝材料，其特征在于它在該材料的兩側(cè)均包括聚合物熱密封層(2，7)以及在包裝的內(nèi)表面上，在熱密封層(7)中提供有吸光顏料。
7.前述權(quán)利要求之一的包裝材料，其特征在于在氣體不可透過的密封層(4，5)中的聚合物是乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)或聚酰胺(PA)或其混合物。
8.前述權(quán)利要求之一的包裝材料，其特征在于中間層(3)是含有漂白硫酸鹽紙漿的紙板。
9.用于食品包裝的多層可熱密封的包裝材料(1)，其中包括纖維材料的中間層(3)和至少一層保護包裝產(chǎn)品的灰色保護層(7)，其特征在于保護層(7)含有聚合物，其中通過將該聚合物與諸如炭黑的吸光黑色顏料和諸如二氧化鈦的白色顏料混合，以便黑色顏料提供產(chǎn)品免遭可見光的保護，從而實現(xiàn)聚合物的灰色，和變灰的聚合物保護層同時充當(dāng)熱密封層。
10.包裝食品的方法，其中由包裝材料(1)彎曲成紙盒或紙箱，通過熱密封將食品密封在紙盒或紙箱中，其中所述包裝材料包括紙板的中間層(3)、至少一種氣體不可透過的聚合物密封層(4，5)和至少一種聚合物熱密封層(2，7)，其特征在于在熱密封層(7)中混入吸光顏料，用于保護食品免遭可見光。
11.權(quán)利要求10的方法，其特征在于通過使0.05-0.5％，優(yōu)選0.10-0.20％的吸光黑色顏料如炭黑，和5-25％，優(yōu)選10-15％的白色顏料如二氧化鈦與熱密封聚合物混合，從而將熱密封層(7)染成灰色。
12.權(quán)利要求10或11的方法，其特征在于通過在最多約250℃的溫度下熱密封來密封紙盒或紙箱。
13.食品包裝，其中含有密封在紙盒或紙箱中的易腐食品，而紙盒或紙箱是通過彎曲和熱密封包裝材料形成的，所述包裝材料包括紙板的中間層、至少一種氣體不可透過的聚合物密封層和至少一種聚合物熱密封層，其特征在于在熱密封層中混入吸光顏料，用于保護食品，免遭可見光。
14.權(quán)利要求13的食品包裝，其特征在于通過使0.05-0.5％，優(yōu)選0.10-0.20％的吸光黑色顏料如炭黑，和5-25％，優(yōu)選10-20％的白色顏料如二氧化鈦混合到熱密封聚合物中，從而將熱密封層染成灰色。
15.權(quán)利要求13或14的食品包裝，其特征在于熱密封聚合物是聚烯烴，優(yōu)選低密度聚乙烯(PE-LD)。
16.權(quán)利要求13-15之一的食品包裝，其特征在于阻擋層和著色的熱密封層放置在中間層的內(nèi)部，和無色的聚合物熱密封層提供在中間層外部的包裝表面上。
17.多層包裝材料(1)在用于對光敏感的食品的熱密封產(chǎn)品包裝中的應(yīng)用，所述包裝材料包括纖維材料的中間層(3)、至少一種氣體不可透過的聚合物密封層(4，5)和至少一種含有吸光顏料的聚合物熱密封層(7)。
18.權(quán)利要求17的多層包裝材料(1)在液體食品的包裝，諸如牛奶或果汁紙盒中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及特別用于食品包裝的多層可熱密封的食品包裝材料。此外，本發(fā)明的目的是一種由所述的包裝材料形成的食品包裝、包裝方法以及包裝材料的應(yīng)用。包裝材料(1)包括纖維材料(如紙板)的中間層、至少一層保護產(chǎn)品防止變壞的聚合物保護層(4，5)和優(yōu)選在包裝材料兩側(cè)的聚合物熱密封層(2，7)。根據(jù)本發(fā)明，形成密封包裝內(nèi)表面的熱密封層(7)與用于保護產(chǎn)品免遭可見光的吸光顏料(如炭黑)混合。通過向熱密封層(7)中進一步混合白色顏料(如二氧化鈦)，可使密封層實現(xiàn)類似鋁箔的灰色。熱密封聚合物可以是低密度聚乙烯(PE－LD)，以及可以在熱密封層和紙板(3)之間提供例如乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)或聚酰胺(PA)構(gòu)成的氧氣和香味不可透過的密封層(4)。
文檔編號B32B27/10GK1398239SQ01804502
公開日2003年2月19日 申請日期2001年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月10日
發(fā)明者T·番逖南, J·扎維恩, K·尼瓦萊恩, E·萊歐, M·賽尼歐, M·瓦哈拉 申請人:斯特勞恩索有限公司