高阻隔纸板和纸板容器
1.优先权本技术要求2019年9月13日提交的美国系列号62/899,786的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
2.本技术涉及高阻隔纸板与高阻隔纸板容器的领域，特别是对水分和氧气具有极高阻隔性质的纸板和纸板容器。
3.发明背景对需要长贮存期的食品包装应用来说，需要对水分和氧气具有几乎零渗透率的极高阻隔的纸板。目前这可以通过用铝箔对纸板的层合来实现。但是，仍然倾向于最小化或消除在包装中使用箔。由此，需要具有可与用铝箔层合的纸板相当的阻隔性质的非金属化纸板。
4.因此，本领域技术人员在高阻隔纸板与高阻隔纸板容器领域继续进行研究和开发。
技术实现要素：
5.在一个实施方案中，高阻隔纸板包括具有第一主侧和第二主侧的纸板基材。至少一个乙烯-乙烯醇层在纸板基材的第一主侧上。至少一个成核聚乙烯层也在纸板基材的第一主侧上（例如在乙烯-乙烯醇层上）。
6.在另一实施方案中，由至少一个高阻隔纸板坯形成高阻隔纸板容器。该至少一个高阻隔纸板坯（paperboard blank）包括具有第一主侧和第二主侧的纸板基材。乙烯-乙烯醇层在纸板基材的第一主侧上。成核聚乙烯层在乙烯-乙烯醇层上。
7.公开的高阻隔纸板和高阻隔纸板容器的其它实施方案将由以下详述、附图和所附权利要求变得显而易见。
8.附图概述图1是根据本说明书的示例性高阻隔纸板的截面图。
9.图2是根据本说明书的另一示例性高阻隔纸板的截面图。
10.图3显示了根据本说明书的制造高阻隔纸板的示例性方法。
11.图4是根据本说明书的另一示例性高阻隔纸板的截面图。
12.图5是根据本说明书的另一示例性高阻隔纸板的截面图。
13.图6显示了根据本说明书的制造高阻隔纸板的示例性方法。
14.图7显示了本说明书的示例性高阻隔纸板容器的折叠纵向末端的示意图。
15.图8显示了形成容器主体的示意图，其中折叠纵向末端在另一纵向末端内重叠以形成主体接缝。
16.图9显示了一种示例性高阻隔纸板容器，包含容器主体、顶盖和底部。
17.详细描述
参照图1,该高阻隔纸板1包括具有第一主侧11和第二主侧12的纸板基材10，在纸板基材10的第一主侧11上的乙烯-乙烯醇层20，和在乙烯-乙烯醇层20上的成核聚乙烯层30。
18.纸板基材10应适于成型为纸板容器。纸板基材10可包括例如选自天然牛皮纸板、固体漂白硫酸盐板、固体未漂白硫酸盐板、涂布的再生板、涂布的白浆衬里粗纸板（coated white lined chipboard）和折叠箱板（folding boxboard）的纸板基材。
19.纸板基材10的厚度应适于成型为纸板容器。在一个实例中，纸板基材10可具有6点（point）至36点的厚度（caliper thickness）。在另一实例中，纸板基材10可具有12点至20点的厚度。在又另一实例中，纸板基材10可具有16点至20点的厚度。
20.纸板基材10的重量应适于成型为纸板容器。在一个实例中，纸板基材10可具有60至350磅/3,000平方英尺的基重厚度。在另一实例中，纸板基材10可具有100至150磅/3,000平方英尺的基重。在又另一实例中，纸板基材10可具有150至180磅/3,000平方英尺的基重。在又另一实例中，纸板基材10可具有180至220磅/3,000平方英尺的基重。
21.乙烯-乙烯醇层20用作氧气阻隔。在一个实例中，乙烯-乙烯醇层20的平均厚度为0.01密耳至5密耳。在另一实例中，乙烯-乙烯醇层20的平均厚度为0.1密耳至1密耳。在又另一实例中，乙烯-乙烯醇层20的平均厚度为0.2密耳至0.5密耳。
22.成核聚乙烯层30充当水分阻隔。适于成核聚乙烯层30的成核聚乙烯包含成核剂和聚乙烯树脂。适于制造成核聚乙烯的聚乙烯包括高密度聚乙烯（hdpe）。该高密度聚乙烯可包括乙烯均聚物和乙烯与α-烯烃的共聚物。合适的α-烯烃包括1-丁烯、1-己烯和1-辛烯等，及其混合物。优选地，成核hdpe中的α-烯烃含量为小于2重量%。该成核hdpe具有优选在0.940至0.970 g/cm3的范围内、并且更优选在0.945至0.965 g/cm3的范围内的密度。成核hdpe具有优选在0.001至100 dg/min的范围内、并且更优选在0.05至50 dg/min的范围内的熔融指数mi2。密度根据astm d1505测得；且mi2根据astm d 1238在190℃和2.16 kg下测得。在一方面，成核聚乙烯可以是多峰的，意味着成核聚乙烯包含至少两种组分，其中之一具有相对低的分子量，并且另一种其具有相对较高的分子量。
23.合适的成核剂包括工业上已知的那些成核剂。在一个实例中，成核剂选自甘油醇盐（glycerol alkoxide salts）、六氢邻苯二甲酸盐等，及其混合物。盐包括铵盐和金属盐。在一个实例中，甘油醇盐选自锌、镁和钙的甘油醇盐及其混合物。在一个实例中，六氢邻苯二甲酸盐选自锌、镁和钙的六氢邻苯二甲酸盐等，及其混合物。许多甘油醇盐和六氢邻苯二甲酸盐是市售的。所用成核剂的量随许多因素而变，如成核剂类型、聚乙烯层30的性质、和阻隔性质的目标改善。在一个实例中，成核剂以聚乙烯层30的0.01至1重量%的量使用。在另一实例中，成核剂的量为聚乙烯层30的0.05至0.5重量%。
24.在一个实例中，成核聚乙烯层30的平均厚度为0.01密耳至10密耳。在另一实例中，成核聚乙烯层30的平均厚度为0.1密耳至1密耳。在又另一实例中，成核聚乙烯层30的平均厚度为0.5密耳至0.9密耳。
25.通过将成核聚乙烯层30定位在乙烯-乙烯醇层20上或具有更高湿度的一侧，防止或最小化了对乙烯-乙烯醇层20的水分渗透。防止或最小化对乙烯-乙烯醇层20的水分渗透是重要的，因为水分对乙烯-乙烯醇层20的氧气阻隔性质具有不利影响。将成核聚乙烯层30的优异的水分阻隔性质与乙烯-乙烯醇层20的优异的氧气阻隔性质结合提供了具有优异的
水分与氧气阻隔性质的纸板。
26.此外，乙烯-乙烯醇层20可以是除氧乙烯-乙烯醇层20。除氧乙烯-乙烯醇层是包括除氧剂的乙烯-乙烯醇。除氧剂通过清除穿过乙烯-乙烯醇层20的氧来起作用。合适的除氧剂包括工业上已知的除氧聚合物。
27.通过包括除氧乙烯-乙烯醇层20和成核聚乙烯层30，可获得不使用任何金属层的极高阻隔纸板。事实上，通过将除氧乙烯-乙烯醇与成核高密度聚乙烯层组合到纸板基材上，已经展示了具有0 cc/m
2-天的otr（氧气透过率）和《1 g/m
2-天的wvtr（水蒸气透过率）的高阻隔纸板，由此实现了可与用铝箔层合的纸板相当的阻隔性质。
28.除乙烯-乙烯醇层20与成核聚乙烯层30外，高阻隔纸板1可包括一个或多个附加层。例如，如图2中所示，高阻隔纸板1可在纸板基材10与乙烯-乙烯醇层20之间包括一个或多个聚合物层或连接层。在一方面，高阻隔纸板1可至少包括在纸板基材10与乙烯-乙烯醇层20之间的第一聚合物或连接层40和第二连接层41。第一聚合物或连接层40可用于粘附纸板基材10。适于第一聚合物或连接层40的材料包括聚乙烯，特别是低密度聚乙烯。第二连接层41可用于改善第一聚合物或连接层40与乙烯-乙烯醇层20之间的粘附性。适于第二连接层41的材料包括酸酐改性的聚乙烯。可包括在纸板基材10与乙烯-乙烯醇层20之间的附加聚合物层。
29.高阻隔纸板1可在乙烯-乙烯醇层20与成核聚乙烯层30之间包括一个或多个聚合物层或连接层。在一方面，高阻隔纸板1可至少包括在乙烯-乙烯醇层20与成核聚乙烯层30之间的第三连接层42。该第三连接层42可用于改善乙烯-乙烯醇层20与成核聚乙烯层30之间的粘附性。适于第三连接层42的材料包括酸酐改性的聚乙烯。可包括在乙烯-乙烯醇层20与成核聚乙烯层30之间的附加聚合物层。
30.高阻隔纸板1可包括在成核聚乙烯层30上的第一密封剂层50。该第一密封剂层50通过在低温下软化来起作用，由此可以加热密封高阻隔纸板。适于第一密封剂层50的材料包括低密度聚乙烯。可包括在成核聚乙烯层30上的附加层。
31.高阻隔纸板1可包括在纸板基材10的第二主侧12上的第二密封剂层51。该第二密封剂层51通过在低温下软化来起作用，由此可以用牢固的粘结来密封高阻隔纸板。常常面向纸板容器外部的聚合物密封剂层51还可以保护容器免受破坏，如被水分浸透，并可提供高印刷品质。适于第二密封剂层51的材料包括低密度聚乙烯。可以包括在该纸板基材10的第二主侧12上的附加聚合物层。
32.参照图3，例如可通过将第一膜60和第二膜61层合到纸板基材10上来制造高阻隔纸板1。图3的示例性高阻隔纸板的结构类似于图2的示例性高阻隔纸板，不同之处在于促进层合过程的附加层。同样，在图3中未显示第一密封剂层50和第二密封剂层51。要理解的是，第一密封剂层50和第二密封剂层51可以在将第一膜60和第二膜61层合到纸板基材10上之前、期间或之后施加。
33.如图3中所示，高阻隔纸板1可包括在纸板基材10的第一主侧11上的第四连接层43。该第四连接层43有助于将第一膜60密封到纸板基材10上。第四连接层43通过在低温下软化来起作用，由此可以将第一膜60粘结到纸板基材10上。适于第四连接层43的材料包括低密度聚乙烯。
34.如图3中进一步显示，高阻隔纸板1可包括在第三聚合物或连接层42上的第五连接
层44。该第五连接层44有助于将第一膜60密封到第二膜61上。第五连接层44通过在低温下软化来起作用，由此可以将第二膜61粘结到第一膜60上。适于第五连接层44的材料包括低密度聚乙烯。
35.如图3中所示通过层合形成试验高阻隔纸板1。纸板基材10为16.5点的固体漂白硫酸盐板。在纸板基材10的第一主侧11上提供0.75密耳低密度聚乙烯petrothene
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na217000, equistar chemicals, lp。
36.第一膜60为含有除氧乙烯-乙烯醇层的3密耳聚乙烯共挤出膜。更具体而言，第一膜60包括夹在相对的0.15密耳连接层之间的0.3密耳的除氧乙烯-乙烯醇层，其所有均夹在0.6密耳的低密度聚乙烯层之间，其所有均夹在0.6密耳的线性低密度聚乙烯层之间。0.3密耳的除氧乙烯-乙烯醇层是来自kuraray america inc的eval
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xep-1191。0.15密耳的连接层是dow 611/nf498 70/30；来自dow chemical的dow
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611树脂，来自mitsui chemicals的admer
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nf498e（基于马来酸酐接枝的lldpe的树脂）。0.6密耳的低密度聚乙烯层是来自dow chemical的dow
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611树脂。0.6密耳的线性低密度聚乙烯层是来自dow chemical的dowlex
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2056。
37.第二膜61是2密耳的成核高密度聚乙烯膜，alathon
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m6010sb, equistar chemicals, lp。第一膜60和第二膜61用banner american, pl 135-4层合机层合在纸板基材10上。
38.如下表1中所述，通过将除氧乙烯-乙烯醇与成核的高密度聚乙烯膜结合到纸板上，所得纸板具有0 cc/m
2-天的otr（氧气透过率）和《1 g/m
2-天的wvtr（水蒸气透过率）。在illinois instruments, 7012型号水蒸气渗透分析仪（water vapor permeation analyzer）上测量wvtr。在illinois instruments, 8011型号氧渗透分析仪-扩展模块（oxygen permeation analyzer-expansion module）上测量otr。
39.表1
阻隔性质wvtr@90%rh,38℃(g/m
2-天)otr@0%rh,23℃,100%o2(cc/m
2-天)结果0.750.00
40.这显示了极高阻隔纸板，其具有可与用铝箔层合的纸板（其对包括水分和氧气的所有分子的渗透性几乎为零）相当的阻隔性能。如果首先在纸板基材10上层合2密耳成核的hdpe膜，随后层合含有除氧乙烯-乙烯醇层的3密耳聚乙烯共挤出膜，则预期wvtr和otr值相同或相似。
41.除乙烯-乙烯醇层20和成核聚乙烯层30外，高阻隔纸板1可包括一个或多个附加层。例如，如图4中所示，高阻隔纸板1可包括在纸板基材10与乙烯-乙烯醇层20之间的第二成核聚乙烯层31。
42.第二成核聚乙烯层31充当水分阻隔。第二成核聚乙烯层31的成核聚乙烯可与第一成核聚乙烯层30的成核聚乙烯相同或不同。适于第二成核聚乙烯层31的成核聚乙烯包含成核剂和聚乙烯树脂。适于制造成核聚乙烯的聚乙烯包括高密度聚乙烯（hdpe）。高密度聚乙烯可包括乙烯均聚物和乙烯与α-烯烃的共聚物。合适的α-烯烃包括1-丁烯、1-己烯和1-辛烯等，及其混合物。优选地，成核hdpe中的α-烯烃含量为小于2重量%。成核hdpe具有优选在0.940至0.970 g/cm3的范围内、并且更优选在0.945至0.965 g/cm3的范围内的密度。成核hdpe具有优选在0.001至100 dg/min的范围内、并且更优选在0.05至50 dg/min的范围内的
熔融指数mi2。密度根据astm d1505测得；且mi2根据astm d 1238在190℃和2.16 kg下测得。在一方面，成核聚乙烯可以是多峰的，意味着成核聚乙烯包含至少两种组分，其中之一具有相对低的分子量，并且另一种其具有相对高的分子量。
43.合适的成核剂包括工业上已知的那些成核剂。在一个实例中，成核剂选自甘油醇盐、六氢邻苯二甲酸盐等，及其混合物。盐包括铵盐和金属盐。在一个实例中，甘油醇盐选自锌、镁和钙的甘油酸盐及其混合物。在一个实例中，六氢邻苯二甲酸盐选自锌、镁和钙的六氢邻苯二甲酸盐等，及其混合物。许多甘油醇盐和六氢邻苯二甲酸盐是市售的。所用成核剂的量随许多因素而变，如成核剂类型、聚乙烯层30的性质、和阻隔性质的目标改善。在一个实例中，成核剂以聚乙烯层30的0.01至1重量%的量使用。在另一实例中，成核剂的量为聚乙烯层30的0.05至0.5重量%。
44.在一个实例中，第二成核聚乙烯层31的平均厚度可与第一成核聚乙烯层30的平均厚度相同或不同。第二成核聚乙烯层31的平均厚度为0.01密耳至10密耳。在另一实例中，第二成核聚乙烯层31的平均厚度为0.1密耳至1密耳。在又另一实例中，第二成核聚乙烯层31的平均厚度为0.5密耳至0.9密耳。
45.通过将第二成核聚乙烯层31定位在纸板基材10与乙烯-乙烯醇层20之间，进一步防止或最小化了水分渗透至乙烯-乙烯醇层20。防止或最小化水分渗透至乙烯-乙烯醇层20是重要的，因为水分对乙烯-乙烯醇层20的氧气阻隔性质具有不利影响。此外，将成核聚乙烯层30、第二成核聚乙烯层31的优异的水分阻隔性质与第二乙烯-乙烯醇层20的优异的氧气阻隔性质结合提供了具有优异的水分与氧气阻隔性质的高阻隔纸板。
46.参照图5，高阻隔纸板1可包括在第二成核聚乙烯层31与乙烯-乙烯醇层20之间的一个和多个连接层。在一方面，高阻隔纸板1可至少包括在第二成核聚乙烯层31与乙烯-乙烯醇层20之间的第二连接层41。第二连接层41可用于改善第二成核聚乙烯层31与乙烯-乙烯醇层20之间的粘附性。适于第二连接层41的材料包括酸酐改性的聚乙烯。可包括在第二成核聚乙烯层31与乙烯-乙烯醇层20之间的附加层。
47.参照图5，高阻隔纸板1可进一步包括在纸板基材10与第二成核聚乙烯层31之间的一个或多个连接层。高阻隔纸板1可包括在纸板基材10与第二成核聚乙烯层31之间的第四连接层43。第四连接层43有助于将第二成核聚乙烯层31粘结到纸板基材10。第四连接层43通过在低温下软化来起作用，由此可以将第二成核聚乙烯层31粘结到纸板基材10上。适于第四连接层43的材料包括低密度聚乙烯。
48.如图6中所示，可例如通过将第一膜60层合到纸板基材10上来制造高阻隔纸板1。在图6中，第一膜60包括乙烯-乙烯醇层20、第一成核聚乙烯层30、第二成核聚乙烯层31、在第二成核聚乙烯层31与乙烯-乙烯醇层20之间的第二连接层41、在乙烯-乙烯醇层20与成核聚乙烯层30之间的第三连接层42、和第一密封剂层50。第二密封剂层51未显示在图6中。要理解的是，第二密封剂层51可以在将第一膜60层合到纸板基材10之前、期间或之后施加。同样，要理解的是，第一密封剂层50可以在将第一膜60层合到纸板基材10上之前、期间或之后施加。
49.如图6中所示通过层合形成试验高阻隔纸板1。纸板基材10为16.5点的固体漂白硫酸盐板。在纸板基材10的第一主侧11和第二主侧12上分别提供0.5密耳和0.75密耳的低密度聚乙烯petrothene
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na217000, equistar chemicals, lp。
50.第一膜60是含有乙烯-乙烯醇膜与成核聚乙烯的3.25密耳共挤出膜。更具体而言，第一膜60包括夹在相对的0.315密耳连接层之间的0.37密耳的乙烯-乙烯醇层，其所有均夹在0.75密耳的成核高密度聚乙烯层之间。成核高密度聚乙烯层之一包括附加的密封剂层。更具体而言，0.37密耳的乙烯-乙烯醇层为soarnol
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dt2904rb, nippon gohsei。0.3密耳的连接层为plexar
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px3236（酸酐改性的lldpe）, equistar chemicals, lp。成核高密度聚乙烯层是alathon m6010sb, equistar chemicals, lp。密封剂层是低密度聚乙烯, petrothene
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na205000, equistar chemicals, lp。
51.如下表2中所述，通过将乙烯-乙烯醇与成核高密度聚乙烯膜结合到纸板上，所得纸板具有《1 cc/m
2-天的otr（氧气透过率）和《1 g/m
2-天的wvtr（水蒸气透过率）。
52.表2
阻隔性质wvtr@90%rh,38℃(g/m
2-天)otr@0%rh,23℃,100%o2(cc/m
2-天)结果0.700.40
53.这也显示了极高阻隔纸板，其具有可与用铝箔层合的纸板（其具有对包括水分和氧气的所有分子几乎为零的渗透性）相当阻隔性能。
54.将所得高阻隔纸板成型为如下所述的11.5盎司气密密封杯。
55.参照下表3，所得高阻隔纸板杯具有接近零的otr（氧气透过率）和低wvtr（水蒸气透过率）。
56.表3
阻隔性质wvtr@90%rh,38℃(g/包装-天)otr@50%rh,23℃,21%o2(cc/包装-天)11.5盎司密气密封杯0.0080.025
57.这显示了极高阻隔纸板杯，其具有可与含有铝箔层的杯（其具有对包括水分和氧气的所有分子几乎为零的渗透性）相当的阻隔性能。
58.尽管在高阻隔纸板的实施例中使用了膜层合工艺，但是可以使用多层共挤出涂布工艺来实现类似的纸板结构用于类似的高阻隔性能。
59.参照图7至9，可由本说明书的高阻隔纸板1的至少一个高阻隔纸板坯形成高阻隔纸板容器100（例如高阻隔纸板杯）。高阻隔纸板容器100可通过任何形成高阻隔纸板容器的方法由至少一个高阻隔纸板坯101来形成。如下描述了一种示例性方法。
60.本说明书的高阻隔纸板1可模切成所需轮廓以提供包括第一纵向末端102和第二纵向末端103的高阻隔纸板坯101。该高阻隔纸板坯101的第一纵向末端102可对预定宽度切削至预定厚度。高阻隔纸板坯101的所得切削末端可用热处理，随后如图7中所示折叠和密封在高阻隔纸板坯101上以提供折叠的第一纵向末端102。由此，在纸板基材10的第一主侧11处的第一密封剂层50环绕高阻隔纸板坯101的切削末端。第一密封剂层50可限定高阻隔纸板容器的内部，并且第二密封剂层51可限定高阻隔纸板容器的外部。
61.参照图8，通过重叠高阻隔纸板坯的两个纵向末端以使折叠的第一纵向末端102在第二纵向末端103内并随后密封重叠的接缝，由高阻隔纸板坯101形成高阻隔纸板容器的容器主体。
62.参照图9，也可由本说明书的高阻隔纸板1的至少一个高阻隔纸板坯形成盖组件。当需要时，盖组件可由与容器主体相同或相似的材料制成。几种方法可用于将盖组件密封到容器主体上。此类密封的实例包括但不限于用塑料边缘气密密封顶部；在逐步降低区域
处滴加的密封剂珠；在封盖前添加至整个上缘的密封剂珠；具有厚密封剂的封盖材料，如用于密封阻隔托盘的那些封盖膜；更高的密封压力以下压封盖材料，以使边缘变平用于最大化密封；及其组合。
63.在本说明书的一个方面，也可由本说明书的高阻隔纸板1的至少一个高阻隔纸板坯形成高阻隔纸板容器的底组件。当需要时，底组件可由与容器主体相同或相似的材料制成。底可通过各种密封技术组装到容器主体上。此类密封的实例可包括但不限于热空气热密封和超声密封。密封工艺可基于各种因素来优化。这些因素中的一些包括但不限于底部的密封剂层厚度；以及加工条件，如较低的密封温度以防止形成针孔，和较高的密封压力以最小化底部与主体之间形成间隙。
64.在容器主体形成之后，主体的上端和下端的构造可构造成支持与盖和底部组件之间的密封。容器主体的上端和下端的任何已知构造可用于本公开，并且此类构造的选择取决于容器的所需包装应用。容器主体的上端和下端的构造的实例包括但不限于凹槽结构、卷边（rolled bead）、凸缘及其组合。
65.图9显示了本公开的高阻隔纸板容器100的一个实施方案。纸板容器100包括主体401、盖组件402和底组件403。主体401的上端翻卷以形成卷边或凸缘404，而主体401的底端被构造成凹槽构造405。盖部件402在提供盖部件402的密封剂层50a和主体401的第一密封剂层50b之间的粘附性的加工条件下气密地密封到主体401的上端。将底组件403放置并密封到主体401的凹入末端中，使得底部组件403的密封剂层50c与本体401的第一密封剂层50b之间存在粘附性，且密封剂完全填充底组件403与主体401之间的任何间隙。
66.尽管已经显示和描述了公开的高阻隔纸板和高阻隔纸板容器的各种实施方案，本领域技术人员在阅读说明书后可进行修改。本技术包括此类修改并且仅由权利要求的范围来限制。