CN116075427A

CN116075427A - 生产可生物降解且可回收的阻隔纸层合体的方法

Info

Publication number: CN116075427A
Application number: CN202180062815.0A
Authority: CN
Inventors: 艾米莉·夏洛特·博斯韦尔; 乌韦·博尔兹; 帕蒂·简·凯勒特; 詹姆斯·特里·克纳普梅耶; 皮尔洛伦佐·卡鲁索; 李·马修·阿伦特; 约翰·蒙克里夫·莱曼; 杰克·艾伦·亨特
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 2020-10-09
Filing date: 2021-10-07
Publication date: 2023-05-05
Also published as: US20220112664A1; WO2022077009A1; US11821142B2; EP4225993A1

Abstract

本发明公开了用于生产可生物降解且可回收的阻隔纸层合体的方法，该可生物降解且可回收的阻隔纸层合体包括防止渗透的无机阻隔层。

Description

生产可生物降解且可回收的阻隔纸层合体的方法

技术领域

本发明涉及用于生产柔性包装应用或诸如小袋、袋、包袋的产品递送系统的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体的方法，该阻隔纸层合体包括与可生物降解聚合物层、可生物降解的底漆层、无机阻隔层和可生物降解的聚合物密封层组合的可生物降解且可回收的纸层，该阻隔纸层合体与现有技术的纸质柔性包装相比提供若干优点。

背景技术

纸质包装在消费者中越来越流行，因为它被认为是更天然、更可生物降解和更可回收的。然而，无涂层纸的阻隔性能差，并且通过添加涂层来改善阻隔性能的尝试通常导致降低纸在各种环境中生物降解的能力并且还降低包装在商业纸回收系统中的可回收能力。

无涂层纸质包装在某些环境中通常是高度可生物降解的并且在商业纸回收系统中非常容易回收。然而，根本没有涂层或粘合剂的纸不能容易地形成完整的功能包装。而且，无涂层纸质包装只能用于容纳不需要任何类型的水/湿气或气体或香味或油脂阻隔的干燥产品。如果产品对水分敏感，则它将由于水分将很快进入包装而损坏。如果它对氧气敏感，则它将发生氧化。如果产品是油腻的，则油脂将穿过纸迁移并在包装的外部留下难看的污渍。如果产品含有香味，则香味将从包装中逸出并改变产品预期气味的性质。如果产品含有任何水分，它将导致无涂层纸软化。然而，如果将涂层添加到纸中以改善阻隔性能和/或使其可密封，在弃置不当的情况下，希望涂层不影响整个包装在一系列最期望的环境条件下的生物降解能力。不能降解可能具有不利的环境影响，诸如在海水中持久存在的微塑料。此外，当添加涂层使，必须非常小心以避免不利地影响包装在商业纸回收系统中的可回收能力。

解决纸的不良阻隔性能并使其可密封的常用方法是通过涂覆、印刷或层合将基于聚乙烯或基于乙烯共聚物或其他不可生物降解的聚合物涂层添加到纸的表面。然而，如果该聚乙烯涂层太厚，则它将不利地影响典型商业纸回收系统中的纸层合体的可回收性。存在许多聚乙烯涂层已在纸回收过程中引起问题的示例，尤其是在使用较厚涂层来增强密封强度和/或增强阻隔特性的情况下。此类问题的示例是但不限于：i)堵塞再浆化槽和系统中的过滤器的涂料；ii)紧密地保持在纸纤维上并阻止高百分比的纸纤维释放到再浆化系统的水中的涂料；iii)最终结合到回收纸中并不利地影响所得回收纸的外观或性能的涂料。

如果将此类聚乙烯涂层制得非常薄，在可将其剥离并送至垃圾填埋场或燃烧以给工厂提供燃料，从而留下纸纤维以收集并回收到纸中的情况下，则可认为整体结构在纸回收流中是可回收的。然而，此类结构仍然具有若干缺点，因为如果它被不当地弃置在环境中，纸将生物降解，但聚乙烯涂层不会生物降解。聚乙烯层相反将形成将对环境产生不利影响的持久微塑料，成为一些动物的非营养食物来源。此外，许多消费者注意到在纸层合体的内表面上有光泽的聚乙烯层的外观并负面地将它视为非天然材料。聚乙烯涂层还将对包装经由工业或家庭堆肥进行堆肥的能力产生不利影响，除非消费者可在堆肥之前容易且可靠地去除聚乙烯涂层。

如果相反地使用可生物降解聚合物来替代聚乙烯用于涂层，则众所周知的是，可生物降解的材料对于水分的阻隔性能较差。此类可生物降解的聚合物涂层必须非常厚，从而在纸回收过程中导致问题。

因此，存在对用于柔性包装应用的纸层合体的未满足的需求，该纸层合体具有水分阻隔和密封层，在诸如土壤和水生环境的环境中以及在堆肥情况下具有降低的环境影响，并且还能够在工业纸再浆化系统中提高回收效率。

发明内容

提供了一种与家庭或工业堆肥设施相容的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体，其在被不当地弃置在环境中时是可生物降解的，并且可在工业纸回收设施(如果收集的话)中回收。

提供了一种制备以用于生产第一可生物降解且可回收的阻隔纸层合体的方法，该方法包括以下步骤：将水性可生物降解聚合物组合物的第一含水体系施加到可生物降解且可回收的纸层的内表面上，所述纸层优选地被机械上光和/或施胶或者是牛皮纸或玻璃纸以避免湿膨胀；从水性可生物降解聚合物组合物的第一含水体系中去除水以获得第一可生物降解聚合物层；将可生物降解的底漆组合物的第一液体体系施加到第一可生物降解聚合物层的内表面上；从水性可生物降解的底漆组合物的第一体系中去除任何液体以获得第一可生物降解的底漆层；将无机阻隔层的气相沉积连续层施加到第一可生物降解的底漆层的内表面上；将可生物降解的底漆组合物的第二液体体系施加到气相沉积的无机阻隔层的内表面上；从可生物降解的底漆组合物的第二含水体系中去除液体以获得第二可生物降解的底漆层；将水性可生物降解聚合物组合物的第二含水体系施加到可生物降解的底漆层的内表面上；从水性可生物降解聚合物组合物的第二含水体系中去除水以获得第二可生物降解聚合物层。对于水性可生物降解聚合物或底漆组合物不是水溶性的情况，通常需要附加的步骤来加热可生物降解聚合物组合物以使其熔融并使其形成连续的可生物降解聚合物层，在可生物降解聚合物组合物是水溶性的情况下通常不需要该加热步骤。

提供了一种生产可生物降解的阻隔纸层合体的方法，该方法包括以下步骤：将水性可生物降解聚合物组合物的第一含水体系施加到可生物降解纸层的内表面上，所述纸层优选地被机械上光和/或施胶或者是牛皮纸或玻璃纸以避免湿膨胀；从水性可生物降解聚合物组合物的第一含水体系中去除水以获得第一可生物降解聚合物层；将可生物降解的底漆组合物的第一液体体系施加到第一可生物降解聚合物层的内表面上；从可生物降解的底漆组合物的第一体系中去除液体以获得第一可生物降解的底漆层；将气相沉积的连续无机阻隔层施加到第一可生物降解的底漆层的内表面上；将可生物降解的底漆组合物的第二液体体系施加到气相沉积的无机阻隔层的内表面上；从可生物降解的底漆组合物的第二体系中去除液体以获得第二可生物降解的底漆层；在挤出机内熔融第二可生物降解聚合物组合物；将熔融的第二可生物降解聚合物组合物热挤出到第二可生物降解的底漆层的表面上；冷却第二可生物降解聚合物组合物以形成第二可生物降解聚合物层。对于水性可生物降解聚合物组合物或底漆组合物不是水溶性的情况，通常需要附加的步骤来加热可生物降解聚合物组合物以使其熔融并使其形成连续的可生物降解聚合物层，在可生物降解聚合物组合物是水溶性的情况下，通常不需要该加热步骤。

提供了一种生产可生物降解的阻隔纸层合体的方法，该方法包括以下步骤：将水性可生物降解聚合物组合物的第一含水体系施加到可生物降解且可回收的纸层的内表面上，所述纸层优选地被机械上光和/或施胶或者是牛皮纸或玻璃纸以避免湿膨胀；从水性可生物降解聚合物组合物的第一含水体系中去除水以获得第一可生物降解聚合物层；将液体可生物降解的底漆组合物的第一含水体系施加到第一可生物降解聚合物层的内表面上；从可生物降解的底漆组合物的第一体系中去除液体以获得第一可生物降解的底漆层；将气相沉积的连续无机阻隔层施加到第一可生物降解的底漆层的内表面上；将可生物降解的底漆组合物的第二液体体系施加到无机阻隔层的内表面上；从可生物降解的底漆组合物的第二体系中去除水以获得第二可生物降解的底漆层；可通过包括溶液流延、热流延膜挤出和热吹塑膜挤出的多种方法，单独获得由可生物降解聚合物组合物制成的膜；将由可生物降解聚合物组合物制成的所述膜施加到第二可生物降解的底漆层的表面上并将它们热层合在一起。对于水性可生物降解聚合物组合物或底漆组合物不是水溶性的情况，通常需要附加的步骤来加热可生物降解聚合物组合物以使其熔融并使其形成连续的可生物降解聚合物层，在可生物降解聚合物组合物是水溶性的情况下，通常不需要该加热步骤。

附图说明

图1示出了无涂层的可生物降解且可回收的纸层10的横截面。

图2示出了涂覆在可生物降解且可回收的纸层10上的第一可生物降解聚合物层20的横截面。

图3示出了涂覆在第一可生物降解聚合物层20上的第一可生物降解的底漆层30的横截面，该第一可生物降解聚合物层涂覆在可生物降解且可回收的纸层10上。

图4示出了涂覆在可生物降解的底漆层30上的无机阻隔层40的横截面，该可生物降解的底漆层涂覆在可生物降解聚合物层20上，该可生物降解聚合物层涂覆在可生物降解且可回收的纸层10上。

图5示出了涂覆在无机阻隔层40上的第二可生物降解的底漆层50的横截面，该无机阻隔层涂覆在第一可生物降解的底漆层30上，该第一可生物降解的底漆层涂覆在第一可生物降解聚合物层20上，该第一可生物降解聚合物层涂覆在可生物降解且可回收的纸层10上。

图6示出了根据本发明的完整的可生物降解的阻隔纸层合体的一个实施方案的横截面，该阻隔纸层合体由涂覆在第二可生物降解的底漆层50上的第二可生物降解聚合物层60组成，该第二可生物降解的底漆层涂覆在无机阻隔层40上，该无机阻隔层涂覆在第一可生物降解的底漆层30上，该第一可生物降解的底漆层涂覆在第一可生物降解聚合物层20上，该第一可生物降解聚合物层涂覆在可生物降解且可回收的纸层10上。

图7A-图7B示出了经由扫描电子显微术获得的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体150的两个横截面图像。图7a)示出了经由常规扫描电子显微术获得的横截面图像，并且图7b)示出了使用扫描电子显微术结合能量色散X射线光谱法的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体的一个实施方案的横截面图像。

图8示出了产生第一可生物降解且可回收的阻隔纸层合体150的制备方法的第一实施方案的示意图。

图9示出了根据本发明的用于铺设气相沉积的无机阻隔层的真空室内部的布局。

图10A-图10C示出了可生物降解且可回收的阻隔纸层合体的应用的示意图。

图11A-图11B示出了两种不同的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体150的照片。图11a)中的照片示出了使用基于SiOx的无机涂层制成的可生物降解且可回收的纸阻隔层合体的正面和背面，你可从正面和背面清楚地看到下面的可生物降解且可回收的纸层(其为白色)。图11b)中的照片示出了使用基于铝的无机涂层制成的可生物降解且可回收的纸阻隔层合体的正面和背面，你只能从背面看到下面的可生物降解且可回收的纸层(其为白色)，你不能从正面看到该纸层。这些照片显示了SiOx层是如何透明的，而铝涂层是如何非常不透明的。

图12示出了经由扫描电子显微镜获得的实施例5中所述的命名为HPX-KOTH-IS-1的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体的横截面图像。

具体实施方式

本发明描述了一种与现有技术的阻隔纸层合体相比提供若干优点的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体，以及用于制备可生物降解且可回收的阻隔纸层合体的若干方法。

如本文所用，术语“水蒸气透过率”或“WVTR”是指当根据测试方法部分中提出的水蒸气透过测试方法测量时水蒸气透过膜或基材的速率。

如本文所用，术语“氧气透过率”或“OTR”是指当根据测试方法部分中提出的氧气透过测试方法测量时水蒸气透过膜或基材的速率。

如本文所用，术语“溶解时间”是指当根据测试方法部分中提出的溶解测试方法测量时水溶性膜(诸如由聚合乙烯醇制成的膜)溶解所需的时间。

如本文所用，术语“水分散性”意指在水中破碎成小于1毫米的小碎片。这些碎片可能但不需要稳定地悬浮在水中。

如本文所用，术语“共聚物”是指由两种或更多种类型的单体重复单元形成的聚合物。如本文所用，术语“共聚物”还涵盖三元共聚物，诸如具有乙烯醇单体单元、乙酸乙烯酯单体单元和可能的丁烯二醇单体单元的分布的三元共聚物；然而，如果共聚物基本上完全水解，则可能基本上不存在乙酸乙烯酯单体单元。

如本文所用，术语“水解度”是指当聚合乙烯醇水解时转化成乙烯醇单元的乙酸乙烯酯单元的摩尔百分比。

如本文所用，当术语“约”修饰特定值时，该术语是指等于特定值加上或减去百分之二十(+/-20％)的范围。对于本文所公开的实施方案中的任一个实施方案，在各种另选的实施方案中，特定值的任何公开也可理解为约等于该特定值的公开范围(即，+/-20％)。

如本文所用，当术语“大约”修饰特定值时，该术语是指等于特定值加上或减去百分之十五(±15％)的范围。对于本文所公开的实施方案中的任一个实施方案，在各种另选的实施方案中，特定值的任何公开也可理解为大约等于该特定值的公开范围(即，±15％)。

如本文所用，当术语“基本上”修饰特定值时，该术语是指等于特定值加上或减去百分之十(±10％)的范围。对于本文所公开的实施方案中的任一个实施方案，在各种另选的实施方案中，特定值的任何公开也可理解为大约等于该特定值的公开范围(即，±10％)。

如本文所用，当术语“几乎”修饰特定值时，该术语是指等于特定值加上或减去百分之五(±5％)的范围。对于本文所公开的实施方案中的任一个实施方案，在各种另选的实施方案中，特定值的任何公开也可理解为大约等于该特定值的公开范围(即，±5％)。

下面描述的实施例是为了说明的目的，而不应当用于限制本发明的范围。

图1示出了可生物降解且可回收的纸层10的横截面。可生物降解且可回收的纸层10具有第一表面12和与第一表面12相对的第二表面14、表面12与表面14之间的厚度116以及由厚度116和纸密度获得的基重。优选的是，将被涂覆的纸的表面应当尽可能地基本上平坦，以便一旦添加了其余的结构层就实现最佳的阻隔性能。

可生物降解且可回收的纸层10的基重可在约20g/m²至约200g/m²、优选地约40g/m²至约120g/m²、更优选地约50g/m²至约100g/m²、并且更优选地约60g/m²至85g/m²的范围内。

在某些情况下，可能希望将本发明应用于纸板，该纸板是厚度范围为200g/m2至1000g/m2的厚纸。在这种情况下，所选择的可生物降解且可回收的纸层通常足够厚以被认为是纸板而不是纸，特别是如果其厚于200g/m2。在其他情况下，在≤200g/m2.天的可生物降解且可回收的纸层上形成的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体可稍后层合(一旦构造)至≥200g/m2的纸板层，以便产生具有高耐阻隔性的纸板结构。

图2示出了第一可生物降解聚合物层20的横截面，该第一可生物降解聚合物层具有第一表面22和与第一表面22相对的第二表面24以及第一表面22与第二表面24之间的厚度216，施加该第一可生物降解聚合物层以基本上覆盖可生物降解纸层10的第一表面12或第二表面14中的至少一者。

涂覆到可生物降解且可回收的纸层上的第一可生物降解聚合物层20的厚度216可在约1μm至约100μm、优选地约3μm至约50μm、更优选地约1μm至约10μm、甚至更优选地介于5μm至约15μm之间的范围内。

可生物降解聚合物层20包含至少一种可生物降解聚合物。根据应用，可生物降解聚合物可以是水溶性的或水不溶性的。如果选择水溶性的，可生物降解聚合物可从可用选项中进行选择以在23℃温度下在数秒或数分钟或数小时内溶解于水中。在23℃温度下需要超过24小时才能溶解于水中的可生物降解聚合物将不被视为水溶性的。

图3示出了第一可生物降解的底漆层30的横截面，该第一可生物降解的底漆层具有第一表面32和与第一表面32相对的第二表面34以及第一表面32与第二表面34之间的厚度316，施加该第一可生物降解的底漆层以基本上覆盖可生物降解聚合物层20的第一表面22或第二表面24中的至少一者。第一可生物降解聚合物层20具有第一表面22和与第一表面22相对的第二表面24以及第一表面22与第二表面24之间的厚度216，施加该第一可生物降解聚合物层以基本上覆盖可生物降解且可回收的纸层10的第一表面12或第二表面14中的至少一者。

可生物降解的底漆层30的厚度在从约0.1μm至约30μm、优选地从约0.2μm至约15μm、更优选地从约0.5μm至约7μm的范围内。

可生物降解的底漆层的重要性在于使由位于可生物降解且可回收的纸层上的可生物降解聚合物层组成的基础结构变平，以便使位于其上的无机阻隔层的性能最大化。同样重要的是，无机阻隔层易于沉积并粘附到可生物降解的底漆层上。我们已经发现，如果不使用可生物降解的底漆层并且将无机阻隔层单独直接放置在聚合物层上，则所实现的阻隔性能将比不使用可生物降解的底漆层的情况差至多两个数量级。这与可生物降解的底漆层本身在单独测试时具有很小的固有耐阻隔性的事实无关。取决于结构的确切应用，可生物降解的底漆层可基于杂化无机-有机化学；或者它可以单独基于有机化学。

图4示出了无机阻隔层40的横截面，该无机阻隔层具有第一表面42和与第一表面42相对的第二表面44以及第一表面42与第二表面44之间的厚度416，该无机阻隔层基本上覆盖可生物降解的底漆层30的表面32。施加具有第一表面32和与第一表面32相对的第二表面34以及第一表面32与第二表面34之间的厚度316的第一可生物降解的底漆层30以基本上覆盖可生物降解聚合物层20的第一表面22或第二表面24中的至少一者。施加具有第一表面22和与第一表面22相对的第二表面24以及第一表面22与第二表面24之间的厚度216的第一可生物降解聚合物层20以基本上覆盖可生物降解且可回收的纸层10的第一表面12或第二表面14中的至少一者。

无机阻隔层40的厚度在约2nm至约1000nm，优选地约10nm至约200nm，更优选地约20nm至约100nm的范围内。

无机阻隔层由气相沉积而成。

在某些实施方案中，合适的气相沉积无机涂层可由金属形成。在其他实施方案中，合适的气相沉积无机涂层可由金属氧化物和相关化合物形成。

在某些实施方案中，可使用等离子体辅助化学气相沉积工艺来形成气相沉积无机涂层。在其他实施方案中，可替代地使用原子层化学气相沉积工艺。在又其他实施方案中，可替代地利用物理气相沉积工艺。

根据本发明的无机阻隔层40可以是光学不透明的、半透明的或透明的，这取决于所应用的具体化学性质。通常，诸如铝的金属阻隔层将产生不透明的阻隔层，而诸如氧化铝或二氧化硅的金属氧化物阻隔层将产生透明的阻隔层。

优选地，无机阻隔层40是略微柔性的。当通过用于印刷、压片、切开、重绕和其他典型的转换操作的生产线转换纸质结构时，或者当制备包括可生物降解的阻隔纸层合体的制品诸如袋时，整个可生物降解的阻隔纸层合体结构通常被折叠、弯曲并且有时被稍微拉伸。这可能导致一些阻隔层破裂，从而可能降低它们作为阻隔层的性能。因此，优选的是，随着结构的其余部分被拉伸，阻隔层40是略微柔性的并且可被拉伸而不断裂。优选地，随着下面的可生物降解的纸层、可生物降解聚合物层和可生物降解的底漆层拉伸，阻隔层40可伸长至少1％、至少2％、至少5％。在一些情况下，可能需要阻隔层拉伸多达10％或甚至多达20％而不断裂。通常，诸如铝的金属阻隔层将比诸如氧化铝或二氧化硅的金属氧化物阻隔层具有略微更大的柔性。在一个实施方案中，这通过将无机阻隔层分成由多个不同的可生物降解聚合物子层分开的多个不同的无机阻隔子层来实现。

图5示出了第二可生物降解的底漆层50，该第二可生物降解的底漆层具有第一表面52和与第一表面52相对的第二表面54以及在第一表面52与第二表面54之间的厚度516，并且基本上覆盖无机阻隔层40的表面42；无机阻隔层40，该无机阻隔层具有第一表面42和与第一表面42相对的第二表面44以及在第一表面42与第二表面44之间的厚度416，该无机阻隔层基本上覆盖可生物降解的底漆层30的表面32；施加具有第一表面32和与第一表面32相对的第二表面34以及在第一表面32与第二表面34之间的厚度316的第一可生物降解的底漆层30，以基本上覆盖可生物降解聚合物层20的第一表面22或第二表面24中的至少一者；施加具有第一表面22和与第一表面22相对的第二表面24以及在第一表面22与第二表面24之间的厚度216的第一可生物降解聚合物层20，以基本上覆盖可生物降解且可回收的纸层10的第一表面12或第二表面14中的至少一者。

第二可生物降解的底漆层50的第一表面52与第二表面54之间的厚度在约0.1μm至约30μm、优选地约0.2μm至约15μm、更优选地约0.5μm至约7μm的范围内。

图6示出了具有多个层的完全可生物降解且可回收的阻隔纸层合体结构150的横截面。该结构包括具有第一表面12和与第一表面12相对的第二表面14以及在第一表面12与第二表面14之间的厚度116的可生物降解的纸层10。可生物降解纸层上附接有第一可生物降解聚合物层20，该第一可生物降解聚合物层具有第一表面22和与第一表面22相对的第二表面24以及第一表面22与第二表面24之间的厚度216，并且基本上覆盖纸层10的第一表面12或第二表面14中的至少一者。第一可生物降解聚合物层上附接有可生物降解的底漆层30，该可生物降解的底漆层具有第一表面32和与第一表面32相对的第二表面34以及在第一表面32与第二表面34之间的厚度316，并且基本上覆盖可生物降解聚合物层20的第二表面24。第一可生物降解的底漆层上附接有无机阻隔层40，该无机阻隔层具有第一表面42和与第一表面42相对的第二表面44以及在第一表面42与第二表面44之间的厚度416，并且基本上覆盖可生物降解的底漆层30的表面32。无机阻隔层40上附接有第二可生物降解的底漆层50，该第二可生物降解的底漆层具有第一表面52和与第一表面52相对的第二表面54以及在第一表面52与第二表面54之间的厚度516，并且基本上覆盖无机阻隔层40的表面42。可生物降解的底漆层50上附接有第二可生物降解聚合物层60，该第二可生物降解聚合物层具有第一表面62和与第一表面62相对的第二表面64以及在第一表面62与第二表面64之间的厚度616，并且基本上覆盖可生物降解的底漆层50的表面52。该最终层用作热密封层。

第二可生物降解聚合物层60的第一表面62与第二表面64之间的厚度可在约1μm至约100μm、优选地约3μm至约70μm、更优选地约5μm至约35μm的范围内。

第二可生物降解聚合物层60还可包含至少一种可生物降解聚合物。根据应用，可将可生物降解聚合物选择成水溶性的或水不溶性的。如果应用需要水溶性聚合物，则可从可用水溶性聚合物选项中进行选择以在30℃温度处在数秒或数分钟或数小时内溶解于水中。在30℃温度处需要超过24小时才能溶解于水中的聚合物将不被视为水溶性的。

根据本发明的每一层是不同的并且彼此分离。所有的层通过在小距离内的大组成变化来区分，从而产生通过本领域已知的显微镜技术容易可见的清晰边界。图7A示出了经由扫描电子显微术获得的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体150的两个横截面图像。图7a)示出了通过常规扫描电子显微镜获得的横截面图像(100PEO、110PVOH漆、120bio-ORMOCER、130PVOH、135施胶层)；图7b)示出了使用与能量色散X射线光谱组合的扫描电子显微镜得到的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体(100PEO、110PVOH漆、120bio-ORMOCER、130PVOH、135施胶层、140包装纸)的一个实施方案的横截面图像。

EDX颜色编码有助于强调各层的化学差异。

本发明描述了可生物降解且可回收的阻隔纸层合体的九个不同的实施方案。在本发明中描述的被称为250、350、450、550、650、750、850和950的其他八个实施方案中，并非针对该第一实施方案概述的每一层都存在。

水性聚合物体系可以以现在将解释的多种方法应用。不受理论的限制，据信水性聚合物体系的最重要的可加工性为：a)如果聚合物是水溶性的，则水溶性聚合物在20℃-95℃之间的给定温度处的溶解度；b)如果该聚合物不是水溶性的，则该聚合物形成为乳液的能力；c)含水的水性聚合物体系在20℃-95℃的给定温度处的所得粘度，其中较高的粘度提供各层之间的明显区别；d)将水性聚合物体系完全润湿到可生物降解且可回收的纸层上，或者如果应用需要，完全润湿到无机阻隔层或可生物降解的底漆层上。

在一些实施方案中，期望将第二可生物降解聚合物层60以熔融状态施加到第二可生物降解的底漆层50或无机阻隔层40。在这种情况下，首先将可生物降解聚合物在挤出机中熔融，并然后使用挤出涂覆模头将其直接施加到无机阻隔层40或可生物降解的底漆层50的表面上。

在一些实施方案中，期望首先通过单独的方法将第二可生物降解聚合物层60制成自立式膜，非限制性示例为热流延挤出、或热吹塑挤出或溶液流延。为了将所述膜附着到无机阻隔层40或第二可生物降解的底漆层50的表面，首先将可生物降解粘合剂60A施加到无机阻隔层40或第二可生物降解的底漆层50。然后使第二可生物降解聚合物层60与可生物降解粘合剂层60A接触以形成粘合剂层合，并然后形成用于可生物降解的阻隔纸层合体的热密封层。

在一些其他实施方案中，期望首先通过单独的方法将第二可生物降解聚合物层60制成自立式膜，非限制性示例为热流延挤出、或热吹塑挤出或溶液流延。为了将所述膜附着于无机阻隔层40或可生物降解的底漆层50的表面，通过热层合将膜附着于基材的其余部分。

在一些实施方案中，期望将第二可生物降解聚合物层60或第二可生物降解的底漆层50铺设在PET膜或钢带80上，以在层合至可生物降解且可回收的纸层10之后稍后移除。

在一些实施方案中，期望将第二可生物降解的底漆层50或无机阻隔层40铺设在已经制成的第二可生物降解聚合物层60(已经通过单独的方法制成自立式膜，非限制性示例是热流延挤出、或热吹塑挤出或溶液流延)的表面上-用于随后层合至可生物降解且可回收的纸层10。

当使用不溶于水的聚合物组合物时，干燥过程通常需要在短加热步骤之后进行，以形成连续的可生物降解聚合物层。这对于用于形成可生物降解的底漆层的液体组合物而言也是如此。

当根据本发明的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体与水接触时，各层将根据它们的具体性质而表现不同。可生物降解且可回收的纸层将吸收水、溶胀并破碎，从而释放纤维素纤维。位于可生物降解且可回收的纸层顶部的可生物降解聚合物层和底漆层可根据其确切性质而溶解、溶胀、崩解并且/或者与其他周围层分离。当还存在细菌时，各种层合层的组分也可被细菌消化。如果收集和回收，则在典型的纸回收工厂的再浆化过程期间，层合体可与水接触。如果将层合体冲下排水道和/或进入市政水处理厂，或者如果将该层合体添加到家庭或工业堆肥系统中，则该层合体也将与水接触并可能与细菌接触。如果层合体在市政水道中、陆地上(在那里它经历潮湿的土壤或其他材料或沉淀)、在敞开的垃圾场的顶部表面上被不当地弃置，或者如果它进入含水环境诸如溪流、河流、湖或海中，它也可能与水和细菌接触。在所有情况下，当周围的和支撑的层合层溶解和/或分解时，无机阻隔层将无害地分解，而不管废物是否优选地被处理或被不当地弃置。如果被乱丢，则无机阻隔层可分散为可能富集土壤的矿物。任何表面油墨和/或清漆也将无害地生物降解或分散。

本发明的所有实施方案都与当前的纸回收系统兼容，即，这些实施方案在搅拌到大量温水中时应容易分解。对于目前典型的工业再浆化设施，纸质包装必须在恒定剧烈搅拌下在温水中浸泡5至20分钟内散开并释放纸纤维以供收集。由于在不同地区存在不同类型的纸回收系统并且由于在不同地区存在不同政府法规和要求，目前在全球没有用于确定纸质层合体是否可回收的通用标准。即使在欧盟内，不同的国家也具有不同的要求。然而，一般来讲，阻隔纸层合体中天然纤维的含量越高，并且阻隔纸层合体中其他材料(诸如阻隔涂层、底漆层和热密封层)的含量越低，则其被认为在特定国家的纸回收流中可回收的可能性越高。可用于确定阻隔纸质层合体是否可回收的标准的一些具体示例包括PTS方法和西密歇根方法，并且后面更详细地描述了每种方法。

如果被不当地丢弃在环境中，包装也必须迅速散开，从而将最大表面积暴露于负责生物降解的细菌，确保在合理的时间内被完全消耗。优选地，包装将在6至12个月内生物降解。并且如果包装是可堆肥的，它必须在可堆肥包装的预期正常时间内经历完全消耗。筛选测试(OECD301B)以及OECD306已被用于评估各种阻隔纸层合体在一系列环境情况下的生物降解，并且稍后更详细地描述测试方法。

根据本发明的可生物降解的阻隔纸层合体可包括印刷区域。印刷可使用标准印刷技术诸如柔性版印刷、凹版印刷或喷墨印刷实现。根据本发明的可生物降解的阻隔纸层合体可包括用于外观保护目的的表面涂层以防止意外的水或用于亚光/高光效果。

纸

用于制备可生物降解且可回收的阻隔纸层合体的可生物降解且可回收的纸是可生物降解的，不会在环境中留下任何持久性材料，并且还优选在典型的纸回收流中是可回收的。实际上，纸不是仅由100％纤维素纤维制成，而是还将含有聚合物粘结剂、矿物质胶粘剂、增白剂、表面活性剂和其他添加剂。必须适当地选择这些其他成分，以确保(a)如果被不当地弃置在环境中，纸将生物降解并且不引起任何生态毒性问题，或(b)纸将在纸回收设施处的再浆化单元中分解并释放最大量的纤维素纤维以用于制备回收纸。

出于商业原因，纸回收设施可从进来的一批废纸中获得至少50重量％的纤维素纤维也是重要的。为此，优选的是纸层本身包含至少介于50重量％和100重量％之间的纤维素纤维，更优选地介于65重量％和98重量％之间的纤维素纤维，最优选地介于75重量％和95重量％之间的纤维素纤维。

由于可生物降解且可回收的纸是可生物降解且可回收的阻隔纸层合体中最厚的层，因此由其制成的任何包装将含有按重量计高百分比的生物基纤维素含量。

预期本公开的可生物降解且可回收的纸层本身可包含作为天然或合成纤维的回收材料。例如，本发明的可生物降解的阻隔纸层合体可包含大于10重量％、优选地大于20重量％、更优选地大于30重量％的回收材料，具体列举这些范围内的所有值和由此产生的任何范围。纸层可包含介于0％和100％之间的原生纸或回收纸或它们的混合物。

回收材料的存在可由包装的目视检查进行。例如，制造商通常宣传回收材料的使用以试图证明它们的生态友好的产品方法。为了进一步扩展该示例，一些制造商可利用徽标，例如叶子，以及指示包装材料中回收材料的使用的措辞。通常，制造商也可以指定所使用的再循环材料的百分比，例如超过50％，超过70％等。

目视检测可以简单到利用人眼来检测包装件是否有使用再循环材料的标志。附加地或另选地，目视检查可包括显微镜法，诸如光学显微镜法、扫描电子显微镜法或本领域已知的其它合适方法。例如，由于与包含100％非回收纸的包装材料相比，存在更宽范围的天然纤维类型，包含回收纸纤维的包装材料在显微镜下可能看起来不同。作为另一个示例，在显微镜(可能是扫描电子显微镜)下，回收纤维由于其加工而可能比其原始纤维对应物表现出更多的原纤化。

优选的是，纸在至少一面，特别是随后用可生物降解聚合物层或可生物降解的底漆层涂覆的一面上尽可能基本上是平的。在制造过程中，可通过“施胶”使纸变平，这在工业上意味着用含有各种无机填料如粘土、碳酸钙、二氧化钛、甲基纤维素、二氧化硅等的含水聚合物悬浮液涂覆该纸。然后将悬浮液干燥，并将纸压延以提供比施胶前更平坦的表面，因为无机填料和粘结剂干燥以填充纸的多孔粗糙表面。在一些情况下，纸的两面的尺寸被设定为相同的程度或不同的程度。另选地，可在造纸过程期间通过机械熨烫/压制步骤对纸进行机械上光，所述步骤有时涉及加热，在这种情况下，将纸纤维挤压在一起并弄平以便使纸表面致密并去除孔隙。在一些情况下，将施胶和机械上光组合以在造纸过程期间获得甚至更平坦的更完美表面，随后用水性可生物降解聚合物层涂覆。在其他情况下，可使用已经是自然非常平的牛皮纸或玻璃纸或描图纸，此类纸通过在制造期间在其整个厚度中使纸结构致密化的方法来制造，并且因此不需要进一步上浆或上光。纸层也可以通过泡沫形成工艺制备，用水基泡沫代替水的改进的造纸工艺。

适用于制备可生物降解的阻隔纸层合体的纸的示例包括：得自Sappi的Leine

纸(基重＝85g/m²)，具有“OK Home Compost”认证的有光纸；得自Brigl andBergmeister的NiklaSelect V天然亚麻纸(99g/m²)，仅在一面上施胶的纸；得自Brigl andBergmeister的PackPro 7.0纸(80g/m²)，两面上施胶的纸；得自

的Axello纸(包括得自Axello的坚韧白纸，80g/m²)，其被设计成比许多其它纸更坚韧，并且因此可在分布链中具有一些优点；得自SCG/Prepack的SCG玻璃纸(58g/m²)。如下表1中所示，这些纸通过美国西密歇根大学和德国PTS研究所的纸回收方案。这些纸也通过OECD 301B生物降解筛选测试，在60天内经历至少60％的生物降解。

表1：

其他合适的纸可包括特别为随后的装饰性金属化而制备的纸，诸如得自Brigland Bergmeister的Nikkalett Spezial TD纸(60g/m²)。

可使用3D LSM测量涂覆有阻隔结构的其余部分的纸面的平整度。下表2描述了一些上述纸的平整度。通常，我们将优选在该结构被涂覆到其上的一面上的粗糙度(S_q-如通过3D LSM测量的)<1.5，以便尽可能地优化添加在其顶部上的所有层，尤其是无机阻隔层的阻隔特性。注意，专门设计用于金属化的Nikkalett Spezial TD纸在设计用于金属化的一面具有约0.98的粗糙度。

表2：

为了承受高速制造过程(其中产品放置在由本发明所公开的层合体制成的包装内)的苛刻条件以及运输的苛刻条件，纸层必须足够坚固且有弹性。有无数种方法来指定纸层。下面讨论的度量是以kN/m为单位的MD拉伸强度、以kN/m为单位的CD拉伸强度、以百分比为单位的MD拉伸、以百分比为单位的CD拉伸、以kPa为单位的MD破裂强度、以μm为单位的厚度、以J/g为单位的MD拉伸能量吸收、以J/g为单位的CD拉伸能量吸收和以克/平方米为单位的基重。虽然在本发明中可结合使用所有度量来选择合适的纸，但一些度量单独或与其他度量结合也可满足要求。

在需要使用非常坚韧的纸来保持阻隔层的物理完整性的情况下，优选的是得自

的

纸。例如，下表3示出了得自

的

坚韧白纸等级或得自Mondi的Advantage Smooth White Strong纸的性质。

表3：

用于制造纸的纤维素纤维可源自软木、硬木以及非树纤维，非树纤维通常具有较短的纤维，包括竹子、草、大麻、洋麻、亚麻、玉米皮、棉杆、咖啡渣、甘蔗渣、稻杆、麦杆、藻类、蕉麻、清风藤(sabia grass)、细茎针草(esparto grass)、马利筋绒纤维、菠萝叶纤维、木纤维、纸浆纤维等。

水溶性的可生物降解水性聚合物

在一些实施方案中，优选的是可生物降解聚合物层中的至少一层由水溶性聚合物制成。此类可生物降解聚合物层可适合于在可生物降解且可回收的纸层与可生物降解的底漆层之间形成层压层，和/或可用于形成可生物降解且可回收的阻隔纸层合体的热密封层。

适合用作水溶性聚合物层的共聚物或其衍生物选自聚乙烯醇(PVOH)、聚乙烯醇共聚物(诸如丁烯二醇-乙烯醇共聚物(BVOH))，该聚乙烯醇共聚物通过丁烯二醇与乙酸乙烯酯的共聚，然后是乙酸乙烯酯的水解而产生，合适的丁烯二醇单体选自3,4-二醇-1-丁烯、3,4-二酰氧基-1-丁烯、3-酰氧基-4-醇-1-丁烯、4-酰氧基-3-醇-1-丁烯等；聚环氧烷，诸如聚环氧乙烷或聚乙二醇(PEG)；聚(甲基丙烯酸)、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、丙烯酸酯共聚物、马来酸/丙烯酸共聚物；聚丙烯酰胺；聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸(polyAMPS)；聚酰胺，聚-N-乙烯基乙酰胺(PNVA)；多元羧酸和盐；纤维素衍生物，诸如纤维素醚、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素；羟丙基甲基纤维素；天然树胶，诸如黄原胶和角叉菜胶；藻酸钠；麦芽糖糊精、低分子量糊精；糖；多糖；某些热塑性淀粉等级(例如得自Plantic/Kuraray的

的特定等级)聚氨基酸或肽；蛋白质，诸如酪蛋白和/或酪蛋白酸盐(例如，如由Lactips商业化的那些)。

最优选的水溶性可生物降解聚合物是聚乙烯醇、聚环氧乙烷、甲基纤维素和藻酸钠。对于需要“无塑料”产品的应用，水溶性聚合物层的大部分组分可以是天然衍生的聚合物，诸如藻酸钠。优选地，水溶性聚合物层中的可生物降解聚合物的含量为至少60％。

水溶性可生物降解聚合物的平均分子量(通过凝胶渗透色谱法测量)为约1,000Da至约1,000,000Da，或约1,000Da至约1,000,000Da的任何整数值，或由任何前述值形成的任何范围，诸如约10,000Da至约300,000Da、约20,000Da至约150,000Da等。更具体地，聚乙烯醇的分子量可在30,000Da至150,000Da的范围内。聚环氧乙烷的分子量将在50,000Da至400,000Da范围内。甲基纤维素的分子量将在10,000Da至100,000Da范围内。甲基纤维素也可以是18％至32％取代的甲氧基和4％至12％取代的羟基-丙氧基。藻酸钠可具有约10,000道尔顿至约240,000道尔顿的平均分子量。

如果使用均聚物聚乙烯醇，水解度可为70％至100％，或介于70％和100％之间，或优选地84％和92％之间或还更优选地86％和90％之间的任何整数百分比值，或由这些值中的任何值形成的任何范围，诸如80％至100％、85％至100％、90％至100％、95％至100％、98％至100％、99％至100％、85％至99％、90％至99％、95％至99％、98％至99％、80％至98％、85％至98％、90％至98％、95％至98％、80％至95％、85％至95％、90％至95％等。

某些等级的聚乙烯醇可以声称具有更高的耐湿性，同时仍然是可溶的。示例包括得自Kuraray的Exceval范围的聚乙烯醇，包括等级Exceval HR-3010和Exceval AQ-4104。

水溶性聚合物可经由热挤出和经由溶液流延来加工。溶液流延要求将水溶性聚合物首先形成为聚合物溶液。溶液中的聚合物可以说是水性的。在一些实施方案中，优选的是，用作可生物降解且可回收的纸层与可生物降解的底漆层之间的层合层的可生物降解聚合物层是水性的，因为通常与将可生物降解聚合物层挤出涂覆到可生物降解且可回收的纸层的表面上相比，可形成更薄且更平坦、更均匀的可生物降解聚合物层。在一些实施方案中，优选的是，用作可生物降解且可回收的纸层与可生物降解的底漆层之间的层合层的可生物降解聚合物层除了是水性的之外还是可溶的，因为这将增加这两个层在典型的纸再制浆单元中可分离的速度并且因此将增加整个结构在典型的纸回收流中可回收的可能性。因此，在一些实施方案中，优选的是，用作可生物降解且可回收的纸层与可生物降解的底漆层之间的层合层的可生物降解聚合物层是可溶的并且由水性组合物铺设，因为此类可生物降解聚合物层将是非常平坦的(以帮助最大化整个结构的阻隔特性)，并且其可溶性质将最小化纸在典型的纸再制浆流中破碎的时间。

水不溶性的可生物降解的水性聚合物

在一些实施方案中，优选的是可生物降解聚合物层中的至少一层由水不溶性聚合物制成。这些材料通常称为“生物塑料”以及可生物降解的聚合物。此类可生物降解聚合物层可适合于在可生物降解且可回收的纸层与可生物降解的底漆层之间形成层压层，和/或可用于形成可生物降解且可回收的阻隔纸层合体的热密封层。

在一种情况下，可通过大规模细菌发酵来生产可生物降解的脂族聚酯和共聚酯。统称为多羟基链烷酸酯，也称为“PHA”，这些聚合物可在发酵工厂中由用特定底物(诸如葡萄糖)喂养的植物或细菌合成。在许多情况下，PHA的结构或机械特性可被定制以符合所需最终产品的规格。PHA和其共聚物可有氧地和厌氧地降解。这使得它们特别适合堆肥或在环境中快速和完全降解。此类生物塑料通常以其中塑料悬浮在水性乳液中的形式出售，并且可在各种基材上干燥成膜，尽管它们也可以用于挤出成膜和涂层的粒料形式出售。在一些情况下，乳液可以说是水性的，这将赋予其能够形成比通过热挤出涂覆的更薄、更平坦且更均匀的涂层的优点。

PHA可作为共聚物分散体涂层获得。Danimer Scientific公司生产聚(β-羟基链烷酸酯)、聚(3-羟基丁酸酯-共-3-羟基己酸酯)(NODAX^TM)并且Kaneka生产聚(3-羟基丁酸酯-共-3-羟基己酸酯)。PHA共聚物的非限制性示例包括美国专利号5,498,692中描述的那些。其他PHA共聚物可通过本领域技术人员已知的方法合成，诸如由微生物、β-内酯的开环聚合反应、羟基烃酸的脱水缩聚以及羟基烃酸烷基醚的脱醇缩聚，如Volova，“PolyhydroxyAlkanoates Plastic Materials of the 21“Century:Production,Properties,andApplication,Nova Science Publishers,Inc.,(2004)中所描述，以引用的方式并入本文中。

其他可能的可生物降解的水不溶性聚合物可包括选自由以下项组成的组的可生物降解的热塑性材料：脂族芳族聚酯(例如，得自BASF的

)、特定等级的热塑性淀粉(例如得自Novamont的MATER-BI或得自Plantic/Kuraray的

)、聚琥珀酸丁二醇酯(PBS)、聚琥珀酸己二酸丁二醇酯(PBSA)以及它们的共聚物(例如得自ShoWa Highpolymer Co.的

或得自Mitsubishi Chemicals的PBSA)以及它们的混合物。尽管这些聚合物目前通常不以水性形式出售，但是可在将来开发此类形式。

在一些实施方案中，优选的是，用作可生物降解且可回收的纸层与可生物降解的底漆层之间的层合层的可生物降解聚合物层是水性的，因为与将可生物降解聚合物层挤出涂覆到可生物降解且可回收的纸层的表面上相比，可形成更薄且更平坦、更均匀的可生物降解聚合物层。在一些实施方案中，优选的是，用作可生物降解且可回收的纸层与可生物降解的底漆层之间的层合层的可生物降解聚合物层是可溶的，因为这增加了这两个层在典型的纸回收再制浆单元中可分离的速度并且因此将增加整个结构在典型的纸回收流中可回收的可能性。

在一些实施方案中，水溶性聚合物优选用于热密封层，因为其将较少受到高水分含量的影响。

可生物降解聚合物层内的任选成分

水溶性的可生物降解的阻隔纸层合体的可生物降解聚合物层可包含崩解剂、增塑剂、表面活性剂、润滑剂/剥离剂、填料、增量剂、抗粘连剂、防粘剂、消泡剂或其他功能性成分。

某些应用可能需要水溶性的可生物降解的聚合物层含有崩解剂以增加其在水中的溶解速率。合适的崩解剂是但不限于玉米/马铃薯淀粉、甲基纤维素、矿物粘土粉末、交联羧甲基纤维素(交联纤维素)、交聚维酮(交联聚乙烯基N-吡咯烷酮或PVP)、羧甲淀粉钠(交联淀粉)。优选地，水溶性聚合物层包含介于0.1重量％和15重量％之间、更优选地约1重量％至约15重量％的崩解剂。

在一些实施方案中，水溶性的可生物降解聚合物层可包含水溶性增塑剂。优选地，水溶性增塑剂选自多元醇、糖醇以及它们的混合物。合适的多元醇包括选自由以下项组成的组的多元醇：甘油、双甘油、乙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、至多400Da分子量的聚乙二醇、新戊二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、双丙二醇、聚丙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、甲二醇、三羟甲基丙烷、己二醇、新戊二醇和聚醚多元醇，或它们的混合物。合适的糖醇包括选自由以下项组成的组的糖醇：异麦芽酮糖醇、麦芽糖醇、山梨糖醇、木糖醇、赤藓糖醇、核糖醇、半乳糖醇、季戊四醇和甘露糖醇，或它们的混合物。在一些情况下，增塑剂可选自以下列表：乙醇胺、柠檬酸烷基酯、异山梨醇、季戊四醇、葡糖胺、N-甲基葡糖胺或异丙基苯磺酸钠。与包括较易移动的增塑剂如甘油的水溶性聚合物层相比，较少移动的增塑剂如山梨糖醇或聚环氧乙烷可促进形成具有更大阻隔性能的水溶性聚合物层。在一些情况下，当期望使用尽可能多的天然衍生材料时，还可使用以下增塑剂：植物油、聚山梨糖醇、聚二甲基硅氧烷、矿物油、石蜡、C₁-C₃醇、二甲亚砜、N,N-二甲基乙酰胺、蔗糖、玉米糖浆、果糖、二辛基磺基琥珀酸钠、柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、1,2-丙二醇、甘油的单乙酸酯、二乙酸酯或三乙酸酯、天然树胶、柠檬酸盐以及它们的混合物。更优选地，水溶性增塑剂选自甘油、1,2-丙二醇、20二丙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、三羟甲基丙烷、三乙二醇、聚乙二醇、山梨糖醇、或它们的混合物，最优选地选自甘油、山梨糖醇、三羟甲基丙烷、二丙二醇以及它们的混合物。优选地，水溶性聚合物层包含介于5重量％和50重量％之间、优选地介于10重量％和40重量％之间、甚至更优选地约12重量％至约30重量％的增塑剂。

在一些实施方案中，可生物降解聚合物层包含表面活性剂。合适的表面活性剂可属于非离子、阳离子、阴离子或两性离子类别。合适的表面活性剂是但不限于泊洛沙姆(聚氧乙烯聚氧丙二醇)、醇乙氧基化物、烷基苯酚乙氧基化物、叔炔二醇和链烷醇酰胺(非离子性)、聚氧乙烯胺、季铵盐和聚氧乙烯季胺(阳离子性)、以及氧化胺、N-烷基甜菜碱和磺基甜菜碱(两性离子性)。其他合适的表面活性剂是磺基琥珀酸钠、甘油和丙二醇的酰化脂肪酸酯、脂肪酸乳酰脂、烷基硫酸钠、聚山梨酸酯20、聚山梨酸酯60、聚山梨酸酯65、聚山梨酸酯80、卵磷脂、甘油和丙二醇的乙酰化脂肪酸酯、和5种脂肪酸的乙酰化酯、以及它们的组合。优选地，水溶性聚合物层包含介于0.1重量％和2.5重量％之间、更优选地约1重量％至约2重量％的表面活性剂。

在一些实施方案中，根据本发明的可生物降解聚合物层包含润滑剂/剥离剂。合适的润滑剂/剥离剂是但不限于脂肪酸和它们的盐、脂肪醇、脂肪酸酯、脂肪胺、脂肪胺乙酸酯和脂肪酰胺。优选的润滑剂/剥离剂是脂肪酸、脂肪酸盐、脂肪胺乙酸酯以及它们的混合物。优选地，水溶性聚合物层包含0.02重量％至1.5重量％、优选地约0.1重量％至约1重量％的润滑剂/剥离剂。

在一些实施方案中，根据本发明的可生物降解聚合物层包含填料、增量剂、抗粘连剂、防粘剂。合适的填料、增量剂、抗粘连剂、防粘剂为但不限于淀粉、改性淀粉、交联聚乙烯吡咯烷酮、交联纤维素、微晶纤维素、二氧化硅、金属氧化物、碳酸钙、滑石和云母。优选地，可生物降解聚合物层包含0.1重量％至25重量％、更优选地约1重量％至约15重量％的填料、增量剂、抗粘连剂、防粘剂。在不存在淀粉的情况下，可生物降解聚合物层优选地包含1重量％至5重量％的填料、增量剂、抗粘连剂。

在一些实施方案中，根据本发明的水溶性的水性可生物降解聚合物层包含消泡剂。合适的消泡剂是但不限于聚二甲基硅氧烷和烃共混物。优选地，水溶性聚合物层包含介于0.001重量％和0.5重量％之间、更优选约0.01重量％至约0.1重量％的消泡剂。

其中至少一个可生物降解聚合物层可由根据本发明的水溶性聚合物制成的可生物降解的阻隔纸层合体可含有水溶性层中的残余水分，这取决于层合组分在给定温度和湿度条件下通过Karl Fischer滴定测量的吸湿性和等温线。例如，层合体中的水溶性聚乙烯醇层可在23℃和50％r.H处含有约4％-8％残余水分。

可生物降解的底漆层

可生物降解的底漆层的作用是在无机阻隔层沉积到纸基结构上之前，尽可能地使涂覆有底漆的纸基结构的表面变平。一般来讲，紧邻无机阻隔层下方的基材的粗糙度值越低，所得的阻隔性能越高。

底漆还需要适用于无机阻隔层尽可能好地粘附，以形成强的界面，以实现稳定的阻隔层并避免无机阻隔层与底层结构分层。在一些情况下，此类底漆层还可在无机阻隔层的顶部上使用，以便防止机械损伤或氧化，并且在这种情况下可称为保护层。底漆还可用于为气相沉积期间经常经历的热滞后提供额外的耐热性。除了保护层之外，可生物降解的底漆层有时还可称为可生物降解的漆或可生物降解的清漆。无论哪一个词用于描述该层，目的是相同的。

我们已经发现，除去第一可生物降解的底漆层对整个结构的阻隔性能具有有害影响。在一些实施方案中，更好的是在结构中使用第一可生物降解的底漆层和第二可生物降解的底漆层两者。在一些其他实施方案中，我们已经发现可以除去第二可生物降解的底漆层，这有助于最大化可回收性并降低成本。然而，一般而言，我们已发现最好保留第一可生物降解的底漆层以使整个结构的水蒸气阻隔性能(和其他阻隔性能)最大化。然而，在一些实施方案中，保持第二可生物降解的底漆层以降低铺设在第一可生物降解的底漆层顶部上的无机阻隔涂层的缺陷密度仍可有一些优点。

尽管底漆在整个纸和塑料包装工业中广泛使用，为了提高可涂布性和可印刷性，我们特别需要用于该特定应用的可生物降解的底漆。如果底漆不能生物降解，则优选的是，一旦结构的其余部分被生物降解并分解，则它就可以无害地分散，而不损害活生物体。因此，合适的潜在选择比其他应用更受限制。

在一些实施方案中，底漆可以是无机-有机杂化聚合物，诸如由德国维尔兹堡的弗劳恩霍夫硅酸盐研究所(The Fraunhofer Institute for Silicate Research inWurzburg,Germany)开发的bio-

或

这些材料是玻璃与聚合物之间的杂化物，并且这些材料的确切化学性质可根据具体应用定制。

或bio-

材料通过溶胶-凝胶方法合成，并且在无机部分和有机部分之间具有强共价键。可改变无机部分与有机部分的比率以优化具体应用的特性。有机-烷氧基硅烷和金属醇盐的受控水解和缩合反应产生杂化聚合物

的无机网络。有机网络通过反应性有机基团的后续聚合形成，所述反应性有机基团通过有机-烷氧基硅烷引入。通常，这涉及用于不可生物降解型式的丙烯酸酯或甲基-丙烯酸酯的环氧化物聚合或自由基聚合。有机网络形成以及因此材料的固化可通过热或UV光诱导。

对于这种特定的应用，bio-

在某种程度上优于

因为它被改性为可生物降解的。通常，为了制备bio-

被可生物降解的聚合物脱乙酰壳聚糖或聚己内酯改性，以便制备可生物降解型式，从而形成用于与无机

网络共价偶联的可生物降解的官能团。为了保证将可生物降解组分掺入到杂化聚合物网络中，对这些组分中的一些组分进行化学改性。例如，聚己内酯衍生物可用三乙氧基-硅烷基团官能化，以便随后通过水解和缩合反应使这些可生物降解组分与无机网络连接。对于聚己内酯型式，通过用环氧基团官能化实现可生物降解前体与杂化材料的有机网络的连接。反应性环氧基团随后参与了用于形成有机网络的聚合反应。相反，脱乙酰壳聚糖不需要改性，因为它可通过其自身的一些氨基基团与有机网络连接。脱乙酰壳聚糖型式倾向于以更快的速率生物降解。聚己内酯型式具体设计有水分触发的抗微生物效果。

和bio-

的非限制性示例包括美国专利号2011/0250441A1和美国专利号6709757B2中描述的那些，除了德国专利DE-OS 3828098和DE4303570之外。

以液体形式施加

和bio-

并且一旦加热，将经由溶胶-凝胶方法在至少100℃的温度处固化以形成非常平坦的固体层。在施加到基材之前，液体必须保持冷却以防止过早固化。通常施加bio-

和

两者，使得它们仅为几微米厚。通常，将它们施加在无机阻隔层的顶部或下面。在一些实施方案中，可优选进一步处理

或bio-

以使其进一步交联，尽管完全交联的材料的生物降解速率将需要与基材性能的任何改进平衡。

在本发明中，我们集中于应用单组分液体bio-

bio-

通常使用湿法，使用辊到辊涂覆工艺类型(例如凹版辊或网纹辊)来施加，或经由槽式涂布机来将其施加。然后使用保持在100℃的得自Kronert的Drytec加热器干燥，以5米/分钟移动通过干燥机以确保涂层在干燥机内的停留时间为约1分钟。这产生了在离开干燥机后交联的硬且有光泽的涂层。一旦其卷绕，任何进一步的固化将发生在辊上。

在一些实施方案中，可使用除得自The Fraunhofer Institute的

或bio-

之外的无机-有机混合材料。如果是这种情况，则用于制备有机-无机混合层的组合物可包含有机硅烷和金属醇盐，如前所述。如果需要，该组合物还可包含添加剂/填料、溶剂和聚合催化剂。

有机硅烷可以是选自由以下化学式1表示的化合物组成的组中的至少一者。当使用一种化合物时，有机硅烷化合物应当能够交联。(R')mSi X(4_i,,)(1)，其中X(其可以相同或不同)是氢、卤素、C1-12烷氧基、酰氧基、烷基羰基、烷氧基羰基或N(R2)2(其中R2是H或C1-12烷基)；R'(其可以相同或不同)是C1-12烷基、烯基、炔基、芳基、芳基烷基、烷基芳基、芳基烯基、烯基芳基、芳基炔基、炔基芳基、卤素、取代的氨基、酰胺、醛、酮、烷基羰基、羧基、巯基、氰基、羟基、C1-12烷氧基、C1-12烷氧基羰基、磺酸根、磷酸根、丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、环氧基或乙烯基；氧或-NR2(其中R2是H或C1-12烷基)可插入R.sup.1和Si之间，得到X(4m)或(R')。NR2Si X(4-m)；并且m为1-3的整数。有机硅烷可选自由以下项组成的组：甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、苯基二甲氧基硅烷、苯基二乙氧基硅烷、甲基二甲氧基硅烷、甲基二乙氧基硅烷、苯基甲基二甲氧基硅烷、苯基甲基二乙氧基硅烷、三甲基甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、三苯基甲氧基硅烷、三苯基乙氧基硅烷、苯基二甲基15甲氧基硅烷、苯基二甲基乙氧基硅烷、二苯基甲基甲氧基硅烷、二苯基甲基乙氧基硅烷、二甲基乙氧基硅烷、二甲基乙氧基硅烷、二苯基甲氧基硅烷、二苯基乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、对氨基2苯基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基二异丙基乙氧基硅烷、(3-缩水甘油氧基丙基)甲基二乙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三25甲氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、正苯基氨基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷以及它们的混合物。

金属醇盐可以是选自由以下化学式2表示的化合物组成的组中的至少一者。35M-(R3)，(2)其中M是选自由铝、锆和钛组成的组的金属；R3(其可以相同或不同)是卤素、C 1-12烷基、烷氧基、酰氧基或羟基；并且Z为3或4的整数。

在一些情况下，可将填料添加到组合物中。填料可以是选自由金属、玻璃粉、金刚石粉末、氧化硅(SiO，其中x是2-4的整数)和粘土组成的组的至少一种材料。填料的示例是金属、玻璃粉、金刚石粉末、氧化硅、粘土(膨润土、绿土、高岭土等)、磷酸钙、磷酸镁、硫酸钡、氟化铝、硅酸钙、硅酸镁、硅酸钡、碳酸钡、氢氧化钡、硅酸铝以及它们的混合物。溶剂可以是任何一种常用于部分水解的溶剂，并且优选蒸馏水。催化剂也没有特别限制，并且优选使用丁醇铝以及丙醇锆等。

在该组合物中，有机硅烷的量优选为20重量％-99.99重量％，更优选地50重量％-99重量％，并且最优选地70重量％-99重量％。金属醇盐的量可为0.01重量％-80重量％，更优选地小于70重量％，并且最优选地小于20重量％。

用作可生物降解底漆的替代实施方案可包括但不限于得自德国Huber Group的可生物降解PVOH漆或可生物降解虫胶漆。这些替代选项也预期会生物降解。

通常，任何底漆层将以产生在0.1μm-30μm，优选地0.2μm-15μm，并且更优选地0.5μm-7μm范围内的最终固化厚度的这样的方式铺设。重要的是将该层保持尽可能薄，以在保护无机阻隔层的阻隔特性和防止纸回收流中的问题之间保持良好平衡。如果底漆层太厚或太难破碎，则它可能堵塞纸再制浆单元中的过滤器或再所得回收纸中引起光学缺陷。此外，底漆可能是昂贵的，并且因此最小化使用将有助于最小化成本。

在一些情况下，如果底漆可以安全地分散，则可以认为使用不可生物降解的底漆是安全的。在这种情况下，可以认为使用基于某些化学物质的底漆是安全的，该化学物质包括环氧树脂、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸酯和含有环氧树脂组分的丙烯酸树脂。

无机阻隔层

添加无机阻隔层对于显著降低整个结构的水分透过率是至关重要的。该层的质量以及如何保持其完整性对于保持整个结构的良好阻隔特性是至关重要的。其与在其下面和上面的层的相互作用对于实现整个结构的最佳可能的阻隔特性是非常重要的。

在某些实施方案中，合适的无机涂层可通过金属的气相沉积形成，该金属包括但不限于铝、镁、钛、锡、铟、硅、碳、金、银、铬、锌、铜、铈、铪、钽和类金刚石碳。

在某些实施方案中，合适的无机涂层可通过金属氧化物、金属氮化物和相关化合物的气相沉积形成。如本文所用，金属氧化物包括氧化铝(例如，Al₂O₃)、碳化铝、氮化铝、氧化镁、氧化钛(诸如二氧化钛、氧化钛(3)或一氧化钛)、氧化锌、氧化锡、氧化钇或氧化锆(例如一氧化锆)、氧化钙、氧化硼或类金属氧化物(诸如氧化硅、碳氧化硅和氮化硅)。氧化硅涂层或基于氮化物的涂层也可以是选自由SiO_X(其中x是1-4的整数)或SiO_XN_Y(其中x和y中的每一者是1-3的整数)组成的组的涂层。

阻隔层优选是包含选自上述组的至少一者的单组分气相沉积层，或包含选自由SiO_x/Al₂0₃、SiO/ZnO、SiO/CaO、SiO/B₂O₃和CaO/Ca(OH)₂组成的组的两种组分的至少一种组合的双组分气相沉积层。

可理解的是，可使用各种工艺来气相沉积金属和金属氧化物。例如，在各种实施方案中，可使用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺来气相沉积金属或金属氧化物涂层。通常，由于金属、金属氧化物和金属氧化物前体的稳定性，大多数化学气相沉积工艺可能是合适的。

在某些实施方案中，可使用等离子体辅助化学气相沉积工艺来形成气相沉积无机涂层。等离子体辅助化学气相沉积是一种改进的化学气相沉积工艺，其中热活化能由高能等离子体而不是直接热提供。可用于本文所述膜的等离子体辅助化学气相沉积工艺包括以下步骤：汽化金属或金属氧化物前体；引入等离子体以热改性前体并形成中间体化合物；以及冷却中间体化合物以在待涂覆的结构的至少一个表面上形成涂层。等离子体辅助化学气相沉积工艺可以是特别有利的，因为这样的工艺可提供气相沉积工艺所需的热能，而不会熔化或以其他方式损坏待涂覆的结构。

为了形成金属氧化物涂层，可汽化各种前体化合物。例如，可分别汽化四甲基硅烷(“TMS”)和三甲基铝(“TMA”)以形成二氧化硅(“SiO₂”)和氧化铝(“Al₂O₃”)涂层。六甲基二硅氮烷(“HMDS”)、六甲基二硅氧烷(“HMDSO”)和原硅酸四乙酯(“TEOS”)可类似地被汽化以形成氧化硅(“SiO_x”)涂层。

在某些实施方案中，可替代地使用原子层化学气相沉积工艺。原子层沉积是基于顺序的自饱和表面反应的化学气相沉积工艺。在这样的工艺中，将金属氧化物前体脉冲到化学气相沉积室中并使其一层一层地堆积。

在某些实施方案中，可替代地利用物理气相沉积工艺。物理气相沉积工艺不同于化学气相沉积工艺，其替代地使用物理方法诸如加热或溅射来从固体前体产生蒸汽。汽化的化合物吸附到待涂覆的基材上以直接形成薄层。在某些实施方案中，形成无机层的合适的物理气相沉积工艺可包括溅射，如磁控管溅射、热蒸发和电子束(“e-束”)蒸发。

可理解的是，物理气相沉积工艺不需要使用前体化合物，而是直接汽化最终涂层的材料。例如，可通过溅射或电子束蒸发固体铝粒料或颗粒在待涂覆的结构的表面上形成氧化铝涂层。

在某些实施方案中，无机阻隔涂层可替代地通过溅射、离子镀或经由另一种溶胶-凝胶法来进行。

具体无机涂层的选择将取决于最终应用。一般来讲，金属氧化物比金属更脆，而金属可以比金属氧化物稍微更有弹性。在一些实施方案中，我们已经发现，如果我们使用铝来形成无机阻隔层，则可以获得比如果我们使用氧化硅更低的湿气透过率。与使用金属时相比，金属氧化物涂层倾向于更容易形成在无机涂层内延伸的多个微裂缝，这对于优化湿气透过阻隔性能和氧气透过性能可能是有害的。另一方面，一些金属氧化物形成非常透明的无机阻隔层，而一些金属产生非常不透明的无机阻隔层。如果需要使纸的可回收性最大化和使回收纸中的任何光学缺陷最小化，或者为了构造半透明的阻隔纸层合体以便可以看见包装内的产品，这可能是重要的。因此，在一些实施方案中，可优选使用金属氧化物阻隔涂层，即使阻隔特性不如经由金属阻隔涂层实现的那样好。

根据某些实施方案，可将气相沉积的无机涂层直接或间接地接合至可生物降解的底漆层。例如，在某些实施方案中，可使用如前所述的化学气相沉积工艺将无机气相沉积涂层直接施加至未处理的底漆层。如本文所用，未处理的底漆层是指在形成于可生物降解聚合物层的顶部上之后未经历任何处理步骤如烧蚀的层。可理解的是，某些气相沉积工艺可消除使用处理步骤的需要。例如，等离子体辅助化学气相沉积工艺可固有地清洁底漆层，并且可最小化在施加无机涂层之前制备底漆层的任何需要。

另选地，在某些实施方案中，可在通过例如清洁来制备底漆层之后，将气相沉积的无机涂层施加至可生物降解的底漆层。可理解的是，水溶性层的清洁可促进气相沉积无机涂层的改进的粘附性，并且可使无机涂层中的任何缺陷最小化。通常，可以任何合适的方式清洁底漆层。例如，在某些实施方案中，可通过溶剂处理或物理磨蚀处理来清洁水溶性层。在某些实施方案中，可通过烧蚀工艺来清洁底漆层。在此类实施方案中，在施加气相沉积的无机涂层之前，可至少部分地烧蚀底漆层的一个或多个表面以去除任何不期望的材料。另外，某些烧蚀工艺如等离子体烧蚀工艺也可使表面官能化并提供官能团，以使气相沉积无机涂层粘附。通常，可使用任何合适的烧蚀工艺，包括例如等离子体处理、溶剂处理、火焰处理、光子烧蚀处理、电子束辐射处理、离子轰击处理、紫外线处理、真空退火处理或物理磨损处理。例如，在某些实施方案中，在气相沉积无机涂层之前，可使用氦氧等离子体或氩氧等离子体在100W至约150W的功率下以30.0L/min的流速来烧蚀水溶性层的表面。其他气体也可用于等离子体烧蚀，包括氮气和氨气。可理解的是，在各种实施方案中，底漆层的表面可以被部分烧蚀、基本上完全烧蚀或完全烧蚀。

在某些实施方案中，电晕处理可用于改变第一可生物降解的底漆层或第二可生物降解的底漆层的表面能和/或对其进行清洁。这可使得无机阻隔层更容易粘附到第二可生物降解聚合物层上或使第二可生物降解聚合物层更容易粘附。

在某些实施方案中，可将两个或更多个物理上分离的气相沉积无机涂层施加到该结构。在一些实施方案中，无机阻隔涂层可以彼此叠置。在其他实施方案中，在每个无机阻隔涂层之间使用可生物降解的底漆层以保护它们。每个附加的气相沉积无机涂层可以类似于前述气相沉积无机涂层施加，或者另选地它们可以不同的方式施加。

在由Association of Industrial Metallizers Coaters and Laminators出版的金属化技术参考的第四版的第39页上示出了一个图示，并且显示了用于将无机阻隔涂层施加到一卷基材上的典型设备。

优选的是，无机阻隔涂层的厚度为2nm-1,000nm，优选地10nm-200nm，并且更优选地20nm-100nm。另选地，无机阻隔层与可生物降解聚合物层的厚度比为约20至约20,000。

可生物降解的粘合剂层

在一些实施方案中，优选可生物降解的粘合剂层将已形成的可生物降解的膜粘附到可生物降解且可回收的阻隔纸层合体的结构的其余部分。此类粘合剂可以是基于可生物降解的溶液或基于溶剂的粘合剂组合物。可生物降解的粘合剂层的非限制性示例可包括可生物降解的聚乙酸乙烯酯、淀粉、麦芽糖糊精、天然蜡、人造蜡和聚酯-聚氨酯共混物。在一些实施方案中，可生物降解的粘合剂层可以是得自BASF的可商购等级，诸如Epotal3675或Epotal 3702或Epotal P100ECO，它们都是可生物降解的和可堆肥的。在其他实施方案中，粘合剂可以是Berkshire Labels的

或Bostik 43298Thermogrip热熔粘合剂。在一些实施方案中，粘合剂可以是Morchem可堆肥生物粘合剂，诸如它们的等级PS255+CS95(25％固体)。

在一些实施方案中，可溶性粘合剂可具有增强典型的纸再制浆体系中的可回收性的益处，因为它可加速阻隔纸结构破碎，这将带来与生物降解过程类似的优势。

在一些实施方案中，为了使粘合剂层的厚度最小化，可优选从溶液中沉积粘合剂。

在一些实施方案中，可优选将粘合剂铺设成连续层，以便在层之间获得最大粘结强度。然而在其他实施方案中，可优选将粘合剂铺设成不连续层，以使整个结构在纸回收或生物降解过程中可破碎的速度最大化。

在一些情况下，如果粘合剂非常薄，可以安全地分散并且如果它基于不会引起生态毒性问题的特定化学性质，则可以认为使用不可生物降解的粘合剂是安全的。可能的选择包括聚氨酯基粘合剂或离聚物基粘合剂。

非水性的可生物降解聚合物

为了在许多包装应用(例如单次或有限次使用的小袋)中或在其他形式的包装中使用可生物降解且可回收的阻隔纸层合体，需要至少一个外层适合于热密封。在一些实施方案中，除了用作可生物降解且可回收的纸层与可生物降解的底漆层之间的层合层之外，已描述的水性可生物降解聚合物层(水溶性或水不溶性)还可用作热密封层。此类层先前已描述。然而，在一些其他实施方案中，可优选使用非水性可生物降解聚合物层来形成该结构的热密封层。

许多可生物降解聚合物组合物目前不容易以水性组合物形式获得(尽管它们在将来可能)，但是当用作热密封层时具有强烈的益处，诸如耐高湿度条件，使得它们能够在许多不同环境中形成稳定的热密封层，同时仍然是可生物降解的。非水性组合物必须通过与用于施加水性可生物降解聚合物层的那些方法不同的方法施加。

适合于热密封但通常不能以水性形式获得的聚合物的示例(尽管它们可能在浆料获得)包括选自由以下项组成的组的可生物降解的热塑性材料：脂族芳族聚酯(例如，得自BASF的

)、某些热塑性淀粉(例如，得自Novamont的MATER-BI或得自Plantic/Kuraray的

)、聚丁二酸丁二醇酯及其共聚物(例如，得自ShoWa High polymerCo.的

或来自Mitsubishi Chemicals的PBSA)、聚己内酯、聚己二酸-共聚-对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸以及它们的混合物/共混物。

有时以水性形式获得但有时仅以热塑性形式获得的其他可生物降解聚合物包括先前描述的PHA和PHA共聚物，诸如聚(β-羟基链烷酸酯)、得自Danimer的聚(3-羟基丁酸酯-共聚-3-羟基己酸酯)NODAX^TM和得自Kaneka的聚(3-羟基丁酸酯-共聚-3-羟基己酸酯)。PHA共聚物的非限制性示例包括美国专利号5,498,692中描述的那些。其它PHA共聚物可通过本领域技术人员已知的方法合成，诸如由微生物、β-内酯的开环聚合反应、羟基烃酸的脱水缩聚以及羟基烃酸烷基醚的脱醇缩聚，如Volova，“Polyhydroxy Alkanoates PlasticMaterials of the 21“Century:Production,Properties和Application,Nova SciencePublishers,Inc.,(2004)中所描述，以引用的方式并入本文中。

在其中生物降解仅可能在工业堆肥情况下发生的一些情况下，可能存在其中热密封层由基于聚乳酸(PLA)的可生物降解聚合物或仅在工业堆肥情况下可生物降解的其他聚合物制成的一些优选实施方案。然而，在一些情况下，当将仅在工业堆肥设施中堆肥的聚合物(例如PLA)与更容易经历生物降解的聚合物(例如PHA)共混时，使得共混物内的PLA区域变得非常小，则事实上有时PLA共混物可能在家庭堆肥情况下而不仅仅在工业堆肥设施中经历生物降解。

用于层合层和/或热密封层的可生物降解聚合物的选择

当用于热密封层的可生物降解的聚合物涂层不是水性的时，它可以经由热挤出涂覆，经由热层合或经由粘合剂层合工艺来施加。如果使用粘合剂层合，则需要将可生物降解的粘合剂层直接施加到第二可生物降解的底漆层或直接施加到无机阻隔层上。然后将预制膜施加到可生物降解的粘合剂层。可通过多种方法将可生物降解聚合物组合物制成预制膜，这些方法包括溶液流延、热流延膜挤出和热吹塑膜挤出。如果替代地使用热挤出涂覆，则将可生物降解聚合物组合物在挤出机中熔融内熔融；将熔融的可生物降解聚合物组合物热挤出到第二可生物降解的底漆层的表面上或直接挤出到无机阻隔涂层上；随后冷却第二可生物降解聚合物组合物以形成第二可生物降解聚合物层。

在一些实施方案中，优选用作可生物降解且可回收的纸层与可生物降解的底漆层之间的层合层的可生物降解聚合物层是水性的而不是非水性的。其原因在于，与如果将可生物降解聚合物层挤出涂覆到可生物降解且可回收的纸层的表面上相比，通常可形成更薄且更平坦、更均匀的可生物降解聚合物层。在一些实施方案中，优选的是，用作可生物降解且可回收的纸层与可生物降解的底漆层之间的层合层的可生物降解聚合物层是可溶的，因为这增加了这两个层在典型的纸再制浆单元中可分离的速度并且因此将增加整个结构在典型的纸回收流中可回收的可能性。在一些实施方案中，优选的是，用作可生物降解且可回收的纸层与可生物降解的底漆层之间的层合层的可生物降解聚合物层是可溶的并且由水性组合物铺设，因为此类可生物降解聚合物层将是非常平坦的(以帮助最大化整个结构的阻隔特性)，并且其可溶性质将最小化纸在典型的纸再制浆流中破碎的时间。

在一些实施方案中，可生物降解且可回收的纸层与可生物降解的底漆层之间的层合层可能需要由非水性组合物铺设。该实施方案通常是较不优选的，因为它不能利用在由水性组合物涂覆时通常可形成的更薄且更平坦、更均匀的层。然而，可能存在仍需要选择该选项的某些情况。

如果使用热挤出涂覆来施加非水性组合物，则将可生物降解聚合物组合物在挤出机内熔融；将熔融的可生物降解聚合物组合物热挤出到可生物降解且可回收的纸层的表面上，随后冷却以形成第一可生物降解聚合物层。

可替换的选择是通过粘合剂层合来施加该层，尽管这将是更不优选的，因为这种布置将增加整个结构的厚度和结构中的总层数。如果使用这种布置，则需要将可生物降解的粘合剂层直接施加到可生物降解且可回收的纸层上。然后将预制膜施加到可生物降解的粘合剂层。可通过多种方法将可生物降解聚合物组合物制成预制膜，这些方法包括溶液流延、热流延膜挤出和热吹塑膜挤出。然后将可生物降解的底漆层涂覆在其上。

在一些情况下，热层合可用于将可生物降解且可回收的纸层粘附到可生物降解聚合物层上。

与应用方法无关，在一些实施方案中，与用于可生物降解且可回收的纸层与可生物降解的底漆层之间的层合的等级相比，使用较低熔融温度等级的可生物降解聚合物层来优化用商业设备对热密封层进行的密封可能是有利的。

制备可生物降解且可回收的阻隔纸层合体的方法

存在制备本文所述的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体的方法的许多非限制性实施方案。如图8的示例所示，具有无机阻隔层的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体150可以在特定条件下在可生物降解且可回收的阻隔纸层的顶部上涂覆可生物降解聚合物层、可生物降解的底漆层和无机阻隔层的多个步骤中生产。不同的实施方案涉及完成可生物降解的阻隔纸层合体结构的方法的不同组合，并且可以包括水性聚合物组合物(其中一些是水溶性聚合物的溶液，并且其中一些是水不溶性聚合物的乳液)的涂覆和干燥、对于使用水不溶性可生物降解的聚合物乳液而不是水溶性可生物降解的聚合物溶液的情况的加热步骤、无机阻隔层的气相沉积、可生物降解聚合物组合物的热挤出涂覆以及可生物降解的粘合剂的粘合涂覆，以便将预制的可生物降解聚合物层粘合层合到该结构的其余部分。并非所有实施方案都将涉及图8所示的所有步骤，图8仅示出了可用于获得特定结构的特定过程的一个示例。

在一个实施方案中，产生第一可生物降解且可回收的阻隔纸层合体150的制备方法包括以下步骤：

a)将水性可生物降解聚合物组合物的第一含水体系施加到可生物降解且可回收的纸层10的内表面上，所述纸层优选地被机械上光和/或施胶或者是牛皮纸或玻璃纸以避免湿膨胀；

b)从水性可生物降解聚合物组合物的第一含水体系中去除水以获得第一可生物降解聚合物层20；

c)将可生物降解的底漆组合物的第一液体体系施加到第一可生物降解聚合物层20的内表面上；

d)从可生物降解的底漆组合物的第一体系中去除任何液体以获得第一可生物降解的底漆层30；

e)将无机阻隔层的气相沉积连续层40施加到第一可生物降解的底漆层30的内表面上；

f)将可生物降解的底漆组合物的第二液体体系施加到气相沉积的无机阻隔层40的内表面上；

g)从可生物降解的底漆组合物的第二含水体系中去除液体以获得第二可生物降解的底漆层50；

h)将水性可生物降解聚合物组合物的第二含水体系施加到第二可生物降解的底漆层50的内表面上；

i)从水性可生物降解聚合物组合物的第二含水体系中去除水以获得第二可生物降解聚合物层60。

对于水性可生物降解聚合物或底漆组合物不是水溶性的情况，通常需要附加的步骤来加热可生物降解聚合物组合物以使其熔融并使其形成连续的可生物降解聚合物层，在可生物降解聚合物组合物是水溶性的情况下通常不需要该加热步骤。在一些情况下，可能需要对其上添加有可生物降解聚合物层或底漆层的层施加电晕处理，以便增加该层的表面能，这又将增强两层之间的粘附性。

在第二实施方案中，产生可生物降解且可回收的阻隔纸层合体150的制备方法包括以下步骤：

d)从可生物降解的底漆组合物的第一体系中去除液体以获得第一可生物降解的底漆层30；

e)将气相沉积的连续无机阻隔层40施加到第一可生物降解的底漆层的内表面上；

g)从可生物降解的底漆组合物的第二体系中去除液体以获得第二可生物降解的底漆层50；

h)在挤出机内熔融第二可生物降解聚合物组合物；将熔融的第二可生物降解聚合物组合物热挤出到第二可生物降解的底漆层50的表面上；

i)冷却第二可生物降解聚合物组合物以形成第二可生物降解聚合物层60。

对于水性可生物降解聚合物组合物或底漆组合物不是水溶性的情况，通常需要附加的步骤来加热可生物降解聚合物组合物以使其熔融并使其形成连续的可生物降解聚合物层，在可生物降解聚合物组合物是水溶性的情况下通常不需要该加热步骤。在一些情况下，可能需要对其上添加有可生物降解聚合物层或底漆层的层施加电晕处理，以便增加该层的表面能，这又将增强两层之间的粘附性。

在第三实施方案中，产生可生物降解且可回收的阻隔纸层合体150的制备方法包括以下步骤：

c)将液体可生物降解的底漆组合物的第一含水体系施加到第一可生物降解聚合物层20的内表面上；

e)将气相沉积的连续无机阻隔层施加到第一可生物降解的底漆层30的内表面上；

f)将可生物降解的底漆组合物的第二液体体系施加到无机阻隔层40的内表面上；

g)从可生物降解的底漆组合物的第二体系中去除水以获得第二可生物降解的底漆层50；

h)可通过包括溶液流延、热流延膜挤出和热吹塑膜挤出的多种方法，单独获得由可生物降解聚合物组合物制成的膜；

i)将由可生物降解聚合物组合物制成的所述膜施加到可生物降解的底漆层的表面上并将它们热层合在一起以形成第二可生物降解聚合物层60。

对于水性可生物降解聚合物组合物或底漆组合物不是水溶性的情况，通常需要附加的步骤来加热可生物降解聚合物组合物以使其熔融并使其形成连续的可生物降解聚合物层，在可生物降解聚合物组合物是水溶性的情况下，通常不需要该加热步骤。在一些情况下，可能需要对其上添加有可生物降解聚合物层或底漆层的层施加电晕处理，以便增加该层的表面能，这又将增强两层之间的粘附性。

在第四实施方案中，产生可生物降解且可回收的阻隔纸层合体650的制备方法包括以下步骤：

h)将可生物降解的粘合剂60施加到第二可生物降解的底漆层50的内表面；

i)可通过包括溶液流延、热流延膜挤出和热吹塑膜挤出的多种方法，单独地获得由可生物降解聚合物组合物制成的膜；

j)将由可生物降解聚合物组合物制成的所述膜施加到可生物降解的粘合剂的表面上以形成第二可生物降解聚合物层60。

在第五实施方案中，产生可生物降解且可回收的阻隔纸层合体250的制备方法包括以下步骤：

c)将可生物降解的底漆组合物的第一液体体系施加到第一可生物降解聚合物层10的内表面上；

d)从水性可生物降解的底漆组合物的第一体系中去除任何液体以获得第一可生物降解的底漆层30；

e)将无机阻隔层40的气相沉积连续层施加到第一可生物降解的底漆层30的内表面上；

f)将水性可生物降解聚合物组合物的第二含水体系施加到无机阻隔层的内表面上；

g)从水性可生物降解聚合物组合物的第二含水体系中去除水以获得第二可生物降解聚合物层60。

在第六实施方案中，产生可生物降解且可回收的阻隔纸层合体250的制备方法包括以下步骤：

f)在挤出机内熔融第二可生物降解聚合物组合物；

g)将熔融的第二可生物降解聚合物组合物热挤出到无机阻隔层40的表面上；

h)冷却第二可生物降解聚合物组合物以形成第二可生物降解聚合物层60。

在第七实施方案中，产生可生物降解的阻隔纸层合体250的制备方法包括以下步骤：

e)将无机阻隔层40的气相沉积连续层施加到第一可生物降解的底漆层的内表面上；

f)可通过包括溶液流延、热流延膜挤出和热吹塑膜挤出的多种方法，单独地获得由可生物降解聚合物组合物制成的膜；

g)将由可生物降解聚合物组合物制成的所述膜施加到无机阻隔层40的表面上并将它们热层合在一起以形成第二可生物降解聚合物层60。

在第八实施方案中，产生可生物降解的阻隔纸层合体750的制备方法包括以下步骤：

f)将可生物降解的粘合剂60施加到无机阻隔层40的内表面；

g)可通过包括溶液流延、热流延膜挤出和热吹塑膜挤出的多种方法，单独地获得由可生物降解聚合物组合物制成的膜60；

h)将由可生物降解聚合物组合物制成的所述膜施加到可生物降解的粘合剂的表面上以形成第二可生物降解聚合物层60。

在第九实施方案中，产生可生物降解且可回收的阻隔纸层合体450的制备方法包括以下步骤：

a)将可生物降解的底漆组合物的第一液体体系施加到可生物降解且可回收的纸层的内表面上，所述纸层优选地被机械上光和/或施胶或者是牛皮纸或玻璃纸以避免湿膨胀；从水性可生物降解的底漆组合物的第一体系中去除任何液体以获得第一可生物降解的底漆层；

b)将无机阻隔层40的气相沉积连续层施加到第一可生物降解的底漆层30的内表面上；

c)将可生物降解的底漆组合物的第二液体体系施加到气相沉积的无机阻隔层40的内表面上；

d)从可生物降解的底漆组合物的第二含水体系中去除液体以获得第二可生物降解的底漆层50；

e)将水性可生物降解聚合物组合物的含水体系施加到可生物降解的底漆层50的内表面上；

f)从水性可生物降解聚合物组合物的含水体系中去除水以获得可生物降解聚合物层60。

在第十实施方案中，产生可生物降解且可回收的阻隔纸层合体450的制备方法包括以下步骤：

a)将可生物降解的底漆组合物的第一液体体系施加到可生物降解且可回收的纸层10的内表面上，所述纸层优选地被机械上光和/或施胶或者是牛皮纸或玻璃纸以避免湿膨胀；

b)从水性可生物降解的底漆组合物的第一体系中去除任何液体以获得第一可生物降解的底漆层30；

c)将无机阻隔层40的气相沉积连续层施加到第一可生物降解的底漆层30的内表面上；

d)将可生物降解的底漆组合物的第二液体体系施加到气相沉积的无机阻隔层40的内表面上；

e)从可生物降解的底漆组合物的第二含水体系中去除液体以获得第二可生物降解的底漆层50；

f)在挤出机内熔融第二可生物降解聚合物组合物；将熔融的第二可生物降解聚合物组合物热挤出到第二可生物降解的底漆层50的表面上；

g)冷却第二可生物降解聚合物组合物以形成第二可生物降解聚合物层60。

在第十一实施方案中，产生可生物降解且可回收的阻隔纸层合体450的制备方法包括以下步骤：

d)将可生物降解的底漆组合物的第二液体体系施加到气相沉积的无机阻隔层40的内表面上；从可生物降解的底漆组合物的第二含水体系中去除液体以获得第二可生物降解的底漆层50；

e)可通过包括溶液流延、热流延膜挤出和热吹塑膜挤出的多种方法，单独地获得由可生物降解聚合物组合物制成的膜；

f)将由可生物降解聚合物组合物制成的所述膜施加到可生物降解的底漆层的表面上并热层合在一起以形成第二可生物降解聚合物层60。

在第十二实施方案中，产生可生物降解且可回收的阻隔纸层合体850的制备方法包括以下步骤：

g)将可生物降解的底漆组合物的第一液体体系施加到可生物降解且可回收的纸层10的内表面上，所述纸层优选地被机械上光和/或施胶或者是牛皮纸或玻璃纸以避免湿膨胀；

h)从水性可生物降解的底漆组合物的第一体系中去除任何液体以获得第一可生物降解的底漆层30；

i)将无机阻隔层40的气相沉积连续层施加到第一可生物降解的底漆层30的内表面上；

j)将可生物降解的底漆组合物的第二液体体系施加到气相沉积的无机阻隔层40的内表面上；从可生物降解的底漆组合物的第二含水体系中去除液体以获得第二可生物降解的底漆层50；

k)将可生物降解的粘合剂层60施加到第二可生物降解的底漆层50的内表面；

l)可通过包括溶液流延、热流延膜挤出和热吹塑膜挤出的多种方法，单独地获得由可生物降解聚合物组合物制成的膜；

m)将由可生物降解聚合物组合物制成的所述膜施加到可生物降解的粘合剂的表面上以形成第二可生物降解聚合物层60。

在第十三实施方案中，产生可生物降解且可回收的阻隔纸层合体350的制备方法包括以下步骤：

a)将水性可生物降解聚合物组合物的含水体系施加到可生物降解且可回收的纸层10的内表面上，所述纸层优选地被机械上光和/或施胶或者是牛皮纸或玻璃纸以避免湿膨胀；

b)从水性可生物降解聚合物组合物的含水体系中去除水以获得可生物降解聚合物层20；

g)从可生物降解的底漆组合物的第二含水体系中去除液体以获得第二可生物降解的底漆层50。

在第十四实施方案中，产生可生物降解且可回收的阻隔纸层合体550的制备方法包括以下步骤：

a)将第一可生物降解的底漆组合物的液体体系施加到可生物降解且可回收的纸层10的内表面上，所述纸层优选地被机械上光和/或施胶或者是牛皮纸或玻璃纸以避免湿膨胀；

b)从第一可生物降解的底漆组合物的体系中去除液体以获得第一可生物降解的底漆层30；

e)从可生物降解的底漆组合物的第二含水体系中去除液体以获得第二可生物降解的底漆层50。

在一些情况下，可能需要对其上添加有可生物降解聚合物层或底漆层的层施加电晕处理，以便增加该层的表面能，这又将增强两层之间的粘附性。

在第十五实施方案中，产生可生物降解且可回收的阻隔纸层合体150的制备方法包括以下步骤：

a)将水性可生物降解聚合物组合物的第一含水体系施加到诸如PET膜或钢带的可移除平坦载体80的表面上；

d)从可生物降解的底漆组合物的第一液体体系中去除水以获得第一可生物降解的底漆层30；

g)从水性可生物降解的底漆组合物的第二体系中去除液体以获得第二可生物降解的底漆层50；

h)将水性可生物降解聚合物组合物的第二含水体系施加到可生物降解且可回收的纸层10的表面上，所述纸层优选地被机械上光和/或施胶或者是牛皮纸或玻璃纸以避免湿膨胀；

i)将第二可生物降解的底漆层50的外表面与涂覆在可生物降解且可回收的纸10上的水性可生物降解聚合物组合物的第二含水体系结合；

j)从水性可生物降解聚合物组合物的第二含水溶液中去除水以获得第二可生物降解聚合物层60；

k)从所得可生物降解的阻隔纸层合体中移除平坦载体80。

在一些情况下，可优选将水性可生物降解聚合物组合物的第二含水溶液直接施加到第二可生物降解的底漆层上，并然后将可生物降解且可回收的纸直接施加到该底漆层上，同时该底漆层仍是湿的。并且在其他情况下，可优选首先使水性可生物降解聚合物组合物的第二含水溶液在其所放置的任何基材上干燥，并然后将其热层合到结构的其余部分。对于水性可生物降解聚合物组合物不是水溶性的情况，通常需要附加的步骤来加热可生物降解聚合物组合物以使其熔融并使其形成连续的可生物降解聚合物层，在可生物降解聚合物组合物是水溶性的情况下通常不需要该加热步骤。在一些情况下，可能需要对其上添加有可生物降解聚合物层或底漆层的层施加电晕处理，以便增加该层的表面能，这又将增强两层之间的粘附性。

在第十六实施方案中，产生第二可生物降解且可回收的阻隔纸层合体250的制备方法包括以下步骤：

d)将可生物降解的底漆组合物的液体体系施加到无机阻隔层40的内表面上；

e)从水性可生物降解的底漆组合物的第二体系中去除液体以获得第二可生物降解的底漆层50；

f)将水性可生物降解聚合物组合物的第二含水体系施加到可生物降解且可回收的纸层10的表面上，所述纸层优选地被机械上光和/或施胶或者是牛皮纸或玻璃纸以避免湿膨胀；

g)将第二可生物降解的底漆层50的外表面与涂覆在可生物降解且可回收的纸10上的水性可生物降解聚合物组合物的第二含水体系结合；

h)从水性可生物降解聚合物组合物的第二含水溶液中去除水以获得第二可生物降解聚合物层60；

i)从所得可生物降解的阻隔纸层合体中移除平坦载体80。

在第十七实施方案中，产生可生物降解且可回收的阻隔纸层合体350的制备方法包括以下步骤：

a)将可生物降解的底漆组合物的第一液体体系施加到诸如PET膜或钢带的可移除平坦载体80的表面上；

b)从可生物降解的底漆组合物的第一液体体系中去除水以获得第一可生物降解的底漆层30；

d)将可生物降解的底漆组合物的第二液体体系施加到无机阻隔层40的内表面上；

i)从所得可生物降解的阻隔纸层合体中移除平坦载体80。

在第十八实施方案中，产生可生物降解且可回收的阻隔纸层合体450的制备方法包括以下步骤：

f)将可生物降解的底漆组合物的第二液体体系施加到可生物降解且可回收的纸层10的表面上，所述纸层优选地被机械上光和/或施胶或者是牛皮纸或玻璃纸以避免湿膨胀；

g)将无机阻隔层40的外表面与涂覆在可生物降解且可回收的纸10上的水性可生物降解底漆(仍为湿的)的第二体系结合；

h)从水性可生物降解的底漆组合物的第二体系中去除液体以获得第二可生物降解的底漆层50；

i)从所得可生物降解的阻隔纸层合体中移除平坦载体80。

在第十九实施方案中，产生可生物降解且可回收的阻隔纸层合体550的制备方法包括以下步骤：

d)将可生物降解的底漆组合物的第二液体体系施加到可生物降解且可回收的纸层10的表面上，所述纸层优选地被机械上光和/或施胶或者是牛皮纸或玻璃纸以避免湿膨胀；

e)将无机阻隔层40的外表面与涂覆在可生物降解且可回收的纸10上的水性可生物降解底漆(仍为湿的)的第二体系结合；

f)从水性可生物降解的底漆组合物的第二体系中去除液体以获得第二可生物降解的底漆层50；

g)从所得可生物降解的阻隔纸层合体中移除平坦载体80。

在第二十实施方案中，产生可生物降解且可回收的阻隔纸层合体950的制备方法包括以下步骤：

g)将无机阻隔层40的外表面与涂覆在可生物降解且可回收的纸10上的水性可生物降解聚合物组合物的第二含水体系结合；

i)从所得可生物降解的阻隔纸层合体中移除平坦载体80。

第二十一实施方案，产生可生物降解且可回收的阻隔纸层合体150的制备方法包括以下步骤：

a)可通过包括溶液流延、热流延膜挤出和热吹塑膜挤出的多种方法，单独地获得由可生物降解聚合物组合物制成的膜60，该膜应尽可能刚性以支撑待添加的涂层；

b)将可生物降解的底漆组合物的第一液体体系施加到第一可生物降解聚合物层的内表面上；

c)从可生物降解的底漆组合物的第一液体体系中去除水以获得第一可生物降解的底漆层30；

d)将无机阻隔层40的气相沉积连续层施加到第一可生物降解的底漆层30的内表面上；

e)将可生物降解的底漆组合物的第二液体体系施加到无机阻隔层40的内表面上；

g)将水性可生物降解聚合物组合物的第二含水体系施加到可生物降解且可回收的纸层的表面上，所述纸层优选地被机械上光和/或施胶或者是牛皮纸或玻璃纸以避免湿膨胀；

h)将第二可生物降解的底漆层50的外表面与涂覆在可生物降解且可回收的纸上的水性可生物降解聚合物组合物(仍为湿的)的第二含水体系结合；

i)从水性可生物降解聚合物组合物的第二含水溶液中去除水以获得第二可生物降解聚合物层20。

第二十二实施方案，产生可生物降解且可回收的阻隔纸层合体250的制备方法包括以下步骤：

b)将无机阻隔层40的气相沉积连续层施加到聚合物膜层60的内表面上；

c)将可生物降解的底漆组合物的液体体系施加到无机阻隔层40的内表面上；

d)从水性可生物降解的底漆组合物的第二体系中去除液体以获得第二可生物降解的底漆层50；

e)将水性可生物降解聚合物组合物的第二含水体系施加到可生物降解且可回收的纸层10的表面上，所述纸层优选地被机械上光和/或施胶或者是牛皮纸或玻璃纸以避免湿膨胀；

f)将可生物降解的底漆层30的外表面与涂覆在可生物降解且可回收的纸上的水性可生物降解聚合物组合物(仍为湿的)的第二含水体系结合；

g)从水性可生物降解聚合物组合物的第二含水溶液中去除水以获得第二可生物降解聚合物层20。

第二十三实施方案，产生可生物降解且可回收的阻隔纸层合体450的制备方法包括以下步骤：

b)将可生物降解的底漆组合物的第一液体体系施加到第一可生物降解聚合物层60的内表面上；

c)从可生物降解的底漆组合物的第一液体体系中去除水以获得第一可生物降解的底漆层50；

d)将无机阻隔层40的气相沉积连续层施加到第一可生物降解的底漆层50的内表面上；

e)将可生物降解的底漆组合物的第二液体体系施加到可生物降解且可回收的纸层10的表面上，所述纸层优选地被机械上光和/或施胶或者是牛皮纸或玻璃纸以避免湿膨胀；

f)将无机阻隔层40的外表面与涂覆在可生物降解且可回收的纸上的可生物降解的底漆组合物(仍为湿的)的第二液体体系结合；

g)从水性可生物降解的底漆组合物的第二体系中去除液体以获得第二可生物降解的底漆层20。

在一些情况下，可优选将可生物降解的底漆组合物的第二液体体系直接施加到无机阻隔层上，并然后将可生物降解且可回收的纸直接施加到该无机阻隔层上，同时该无机阻隔层仍是湿的。并且在其他情况下，可优选首先使水性可生物降解聚合物组合物的第二含水溶液在其所放置的任何基材上干燥，并然后将其热层合到结构的其余部分。对于水性可生物降解聚合物组合物不是水溶性的情况，通常需要附加的步骤来加热可生物降解聚合物组合物以使其熔融并使其形成连续的可生物降解聚合物层，在可生物降解聚合物组合物是水溶性的情况下通常不需要该加热步骤。在一些情况下，可能需要对其上添加有可生物降解聚合物层或底漆层的层施加电晕处理，以便增加该层的表面能，这又将增强两层之间的粘附性。

第二十四实施方案，产生第九可生物降解且可回收的阻隔纸层合体950的制备方法包括以下步骤：

d)将无机阻隔层40的气相沉积连续层施加到第一可生物降解的底漆层的内表面上；

f)将无机阻隔层40的外表面与涂覆在可生物降解且可回收的纸10上的水性可生物降解聚合物组合物(仍为湿的)的第二含水体系结合；

由水性溶液形成可生物降解聚合物层(对于水溶性聚合物)

为了由水溶性的水性聚合物组合物制备水性可生物降解聚合物层20或70，通常通过采用固体形式的水溶性聚合物并首先使用适度搅拌将其溶解于水中来形成含水聚合物水性溶液，通常是20重量％的水溶性聚合物对80重量％的水。然后在适度搅拌和高温下将水性聚合物溶液进一步与其他添加剂诸如增塑剂组合以形成水性聚合物体系。然后将水性聚合物体系涂覆到待涂覆的基材上。一旦涂覆，就通过对流或扩散干燥方法去除水。

不受理论的限制，据信其中聚合物是水溶性的水性聚合物体系的最重要的材料性质是：a)在介于20℃和95℃之间的给定温度处聚合物在水中的溶解度；b)水性聚合物体系在该温度下所得到的粘度，越高的粘度对于层之间的最大区分/分离而言越好；c)水性聚合物体系在一系列基材上的润湿，润湿越高则越好。

由水性乳液形成可生物降解聚合物层(对于水不溶性聚合物)

为了由其中聚合物是水不溶性的水性聚合物组合物制备水性可生物降解聚合物层20或70，从制造商处获得可生物降解聚合物的预制分散体/乳液，或者如果不能获得预制分散体/乳液，则必须形成分散体/乳液。然后将水性聚合物体系涂覆到待涂覆的基材上，并通过对流或扩散干燥方法去除水。之后，施加足够的热量以形成连续的聚合物层。

不受理论的限制，据信水性聚合物体系的最重要的材料特性是：a)可生物降解聚合物在水中制成乳液的能力；b)水性聚合物体系在该温度下所得到的粘度，越高的粘度对于层之间的最大区分/分离而言越好；c)水性聚合物体系在待涂覆基材上的润湿，润湿越高则越好。

由液体形成可生物降解的底漆层

一些无机-有机混合底漆如bio-

将由单一液体制成，并且一些版本可以在两种不同容器中保持的两种液体中提供，在应用前将该两种液体混合。无机-有机混合底漆通常必须在使用前保持冷却，以防止底漆的过早固化。其他底漆如PVOH漆和虫胶仅作为单一液体提供。在施加到表面上之后，然后加热底漆以去除任何水和/或溶剂。对于一些底漆如无机-有机混合聚合物，该加热步骤也将引发固化过程以固化底漆层。在一些情况下，可使用UV步骤或电子束辐射代替加热步骤(或除了加热步骤之外)以开始固化过程，这取决于所选择的确切化学性质。

水性可生物降解聚合物溶液、水性可生物降解聚合物分散体/乳液和液体可生物降解的底漆的应用方法

几种方法适用于施加水性聚合物层和液体底漆层，包括线棒涂覆、逗号棒/迈耶棒涂覆、网纹辊涂覆、逆辊涂覆、狭缝模头挤出涂覆、辊到辊涂覆、轮转凹版印刷和喷涂。柔性印刷/网纹辊、光滑辊(用于薄层)和狭缝模头涂覆(主要用于较厚层)。

可在一次应用中或通过多次应用来施加层。在一个结构内可使用多个层，并且可与其他层邻接或分离。

在一种结构中，各种聚合物层或底漆层可以是基本上相同的化学组成或不同的化学组成，这取决于整个结构所需的性能。

子层之间的粘附性仅由可生物降解聚合物之间的分子相互作用提供。

特别是对于可生物降解的底漆，为了获得薄至1μm-5μm的非常薄的层，轮转凹版印刷涂覆是优选的。通常，优选低粘度底漆以有助于产生非常平坦的表面。

干燥水性可生物降解聚合物溶液、水性可生物降解聚合物分散体/乳液和液体可生物降解的底漆

水溶性或水不溶性的水性可生物降解聚合物层或可生物降解的底漆层的干燥步骤通常通过带式干燥机进行，诸如由

以商标名Drytec、由Coatema以商标名ModulDry和/或由FMP Technologies以商标名SenDry或PureDry商品化的那些。

在一些实施方案中，通过运行带(带式干燥机)、通过多个惰轮(辊式干燥机)或通过多个热空气喷嘴(无接触热风干燥机)引导干燥基材经过热空气隧道。不受理论的限制，据信干燥过程的最重要参数是：干燥基材在热空气隧道中的停留时间，对于60μ厚的水性聚合物体系(其中聚合物是水溶性的，包含25％固体)通常为约50s；热空气的温度，通常在95℃至120℃的范围内；热空气在基材上方的流动速度，通常为约25m/s。加热系统可采用电、热油、蒸汽或燃气。

当使用水性不溶性聚合物时的附加加热步骤

对于其中聚合物是水不溶性的水性聚合物体系，在干燥后可能需附加的加热步骤以形成连续的聚合物层，从而经由熔融将颗粒熔合在一起有助于分散体/乳液。在水不溶性聚合物PHA的一个示例中，在将PHA分散体涂覆到基材上之后，在约105℃的温度处干燥该层以去除水，并然后将基材加热到170℃的更高温度以形成不再多孔的连续PHA层。当首先干燥时，涂层是白色、多孔且粉末状的，然后在170℃的该较高温度处在约30秒内熔合成透明膜。两个步骤可在170℃的较高温度处在一个步骤中完成，条件是涂层不太厚。

关于水性涂层或液体涂层的应用的附加信息

在一些实施方案中，可能优选的是聚合物体系不是单独含水的，而是水性聚合物体系还包含比例为0至100％的醇或另一种溶剂。在该情况下，可能需要特殊的干燥通风体系来安全地去除醇或溶剂。

热挤出的可生物降解聚合物层的应用

在一些实施方案中，可生物降解聚合物组合物必须经由层合方法施加到结构的其余部分。在一个实施方案中，层合涉及将密封剂聚合物的熔融帘(如果需要，该聚合物将成为结构的热密封层，或可用作另一层)铺设在部分形成的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体的特定层上，当它们与冷(激冷)辊接触时以高速(通常约100英尺/分钟至约1000英尺/分钟，优选地约300英尺/分钟至约800英尺/分钟)移动。通过狭缝模头挤出密封剂聚合物形成而熔融帘。

热挤出的可生物降解聚合物膜的应用

在一些实施方案中，通过将已经生产的聚合物膜热层合到基材的其余部分来实现层合。

可生物降解聚合物层的粘合剂层合

在一些实施方案中，通过将基于溶液的粘合剂组合物涂覆到基底上，并然后将已经产生的膜施加到粘合剂的表面来实现层合。已经列出了非限制性示例。

无机阻隔层的应用

如前所述，存在多种施加无机阻隔层的方式。对于所生产的样品，我们使用由Freising,Germany的The Fraunhofer Institute for Process Engineering andPackaging IVV的Leybold制造的真空网系统，以便使用电子束蒸发在该结构上进行物理气相沉积。图9示出了该真空网系统的两个图像，图9a)示出了真空室内部的布局，并且图9b)标记了真空室内部的最重要方面。将基材辊放置到系统中，并且将抽吸真空--由于基材内纸层的孔隙率而花费几个小时的过程。通常，将系统抽空至1.5×10-5mbar(约0.01托)的真空。可放入系统中的最大辊宽度为280mm。该系统还将在沉积之前冷却基材辊，使得任何残留的水在原位冻结-这是经由冷却辊用液氮达到-5℃至-10℃的温度范围来实现的。使用约50N的幅材张力，该系统将展开以0.9米/分钟-1.2米/分钟范围内的幅材速度移动的基材。使用金属或金属氧化物源的电子束蒸发来产生蒸气，然后当基材展开时将其沉积在基材上。当使用铝作为靶时，所使用的铝靶具有99.999％的纯度。为了蒸发铝靶，施加450mA-500mA的电流以形成聚焦在靶上的电子束。铝的涂覆速率在

/秒-

/秒的范围内，并且因此网以合适的速率移动以获得期望的厚度。注意，如果使用不同的无机阻隔层化学成分，这些特定的机器设置可以改变。一旦施加无机涂层，再次卷起基材。如果需要，可以在涂覆之前用微波等离子体处理清洁表面。由于我们施加的层厚度在60nm-120nm的范围内，所以如果不需要更换辊，则可在一天内对约25m的辊料进行金属化，这将需要重新打开室并需要再几个小时用于抽空真空。

电晕处理

在一些实施方案中，有必要增加特定材料层表面的表面能，以便增强另一材料层对其的粘附。这通常通过在表面上进行电晕处理来进行，尽管可以有其他方式来实现这一点(诸如等离子体处理)。电晕处理涉及在膜或基材的表面处从电极产生放电，然后引起该膜或基材的表面能的增加。在工业规模上，存在许多辊到辊电晕处理设备的供应商，诸如Enercon(https://www.enerconind.com/web-treating/corona-treatment.aspx)。对于更小规模的实验，可购买手持式电晕处理器。

油墨、商标和装饰

根据本发明的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体在大多数情况下将是不透明的，但在一些情况下在正确选择材料的情况下可以是半透明的。根据本发明的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体可包括印刷区域。印刷可使用标准印刷技术诸如柔性版印刷、凹版印刷或喷墨印刷实现。

根据本发明的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体可以无数种构造布置为包装。例如，包装可包括多个片，这些片包封多个制品。这些片中的每个片包括内表面和外表面。一个或多个片的外表面和/或内表面可包括形成包装上的商标、包装信息和/或背景颜色等的油墨或染料。与包装内的产品相关联的商标和/或其他包装信息设置在至少一个片的外表面上。商标可包括与包装内的产品相关的徽标、商品名、商标、图标等。利用商标来告知消费者包装内的产品。包装信息可包括与包装内的产品相关的产品的尺寸、包装内的产品数量、包装内含有的产品的示例性图像、可回收性徽标等。

在本发明的所有方面中，沉积的油墨可以是基于溶剂的或基于水的，并且油墨内的颜料可以是有机的或无机的，或两者的组合。在一些实施方案中，油墨是高度耐磨的。例如，高耐磨油墨可包括通过紫外线辐射(UV)或电子束(EB)固化的涂料。在一些实施方案中，油墨内的任何有机颜料衍生自石油来源。在一些实施方案中，油墨内的任何有机颜料衍生自可再生资源，诸如大豆、植物。在一些实施方案中，如果颜料是有机的并且设计成生物降解，则油墨内的任何有机颜料也将是可生物降解的。在其它实施方案中，油墨内的任何无机颜料将由无机金属氧化物制成，该无机金属氧化物是安全可分散的并且在所使用的水平下对环境无害，即使其本身是不可生物降解的。

不可生物降解但不抑制生物降解并且可在生物降解期间安全分散的油墨的非限制性示例包括得自Gans Ink and Supply Co.的ECO-SUREITM；和得自EFI的基于溶剂的

和BioVuTM油墨，它们完全衍生自可再生资源(例如，玉米)。其他包括得自SunChemicals的SunVisto AquaGreen、Aquathene；以及得自Sakata Inx的INXhrc^TM和GENESIS^TM GS。

可生物降解的油墨不受特别限制，并且例如可以是再生植物油油墨、大豆油油墨等。通过用大豆油替换常规油墨中的所有或部分石油基溶剂和干性油来获得大豆油油墨，并且是有利的，因为它允许油墨容易地与纸分离并且在土壤中降解。大豆油油墨可例如从TOYO INK MFG.CO.,LTD.或TOPPAN PRINTING CO.,LTD商购获得。另一种潜在的可生物降解的油墨是得自Sun Chemicals的Blue Iris。

油墨以约0.5μm至约20μm、优选地约1μm至约10μm、更优选地约2.5μm至约3.5μm的厚度存在。

本公开的可生物降解的阻隔纸层合体可包含油墨和/或染料以向本公开的包装提供背景颜色。为了进一步阐明背景颜色，值得注意的是，纸层包括基色。纸层的基色是不含油墨或染料的包装的颜色。例如，漂白纸的颜色是白色，未漂白的颜色是棕色，衍生自草的纸的颜色是绿色，并且包括可回收内容物的纸的颜色是灰色。背景颜色是非基色的任何颜色，例如蓝色、红色、绿色、黄色、紫色、橙色、黑色或它们的组合。然而，如果通过油墨和/或染料获得颜色，则背景颜色也可包括白色、棕色或灰色。

为了减少油墨/染料的使用以有利于回收过程，可利用纸层的天然颜色。例如，油墨/染料可用于限定仅面向消费者的面板的背景颜色，而纸层的天然颜色将用作柔性包装的其它面板的背景颜色。

用于油墨保护的表面涂层

在一些实施方案中，可生物降解的阻隔纸层合体的印刷表面经表面涂覆，以保护油墨层不受其物理和化学环境的影响，以增强纸层的耐久性并提供高光或亚光的光洁度。这种任选的表面涂层可被称为漆或清漆或防喷溅层。在一些实施方案中，表面涂层由硝化纤维素漆、丙烯酸漆、水基漆或反应性双组分聚氨酯漆制成。优选可生物降解的选择。在一些优选的实施方案中，表面涂层由通过OECD301B生物降解筛选测试的天然蜡制成，诸如蜂蜡、油菜籽蜡、蓖麻油、小烛树蜡、大豆蜡、棕榈油蜡或另一种天然蜡，条件是暴露温度不超过蜡熔点。在一些情况下，一些基于石蜡油的蜡也可通过OECD301B。因为表面涂层的厚度影响由本发明的可回收的阻隔纸层合体制成的包装的可回收性和生物降解性，因此较薄的表面涂层是优选的。表面涂层的厚度优选地介于0.1μm至25μm之间，更优选地小于10μm，甚至更优选地小于5μm。

制备可生物降解且可回收的纸质包装的方法

本文所述的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体可形成制品，包括但不限于其中典型的膜或可密封纸将用作包装材料的制品。此类制品包括但不限于袋、小袋、包袋、流式包裹、枕头包和其他容器。结合本文所述的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体的袋、小袋、包袋、流式包裹、枕头包和其他此类容器可以本领域已知的任何合适的方式制备。

根据本发明制备的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体可使用成型-填充-密封方法(FFS)转化成包装和制品。传统的FFS方法通常涉及三个连续步骤，其中包装或制品由纸层合体形成、填充、然后密封或闭合，如美国专利号6,293,402中所述，该专利以引用方式并入本文。在热密封方法中，存在这样的温度范围，高于该温度范围时，密封件将被烧毁，而低于该温度范围时，密封件将不够坚固。密封件以本领域技术人员已知的任何密封方式提供。密封可包括将连续加热的元件施加到纸层合体，然后在密封之后移除该元件。加热元件可以是包括旋转的夹爪或加热轮的热棒。不同的密封件类型包括翅片密封件和重叠密封件。

单通道方法

美国专利号4,521,437中描述了一种众所周知的使用垂直成型和填充机器的密封单通道方法，该专利以引用方式并入本文。在该方法中，将平坦的幅材材料从辊上退绕并通过将膜上的纵向边缘密封在一起形成搭接密封(即翅片密封)而形成为连续的管。将所得的管垂直向下拉到填充工位并塌缩在管的横截面上，此类横截面的位置在填充工位下方的密封设备处。横向热密封由密封设备在管的塌缩部分处形成，从而形成横跨管的气密密封。在形成横向密封之后，预定体积的待包装材料(例如可流动材料)在填充工位处进入管并从上述横向密封向上填充管。然后，在管中材料的重量和机器上的膜推进机构的重量的影响下，管下落预定距离。密封设备的夹爪闭合，在位于管中的空气/材料界面上方的第二横截面处使管塌缩。密封设备在所述第二横截面处横向地密封并切断管。管的材料填充部分现在是枕形小袋的形式。这样，密封设备在一个操作中密封已填充小袋的顶部、密封下一个待成型小袋的底部并且将已填充小袋与下一个待成型小袋分隔开。

多通道方法

本发明的包装也可使用多通道小袋包装机(诸如QuadroPack生产的VEGAPACK300S)进行加工。美国专利号6,966,166中也描述了一种高速多通道小袋处理机器，该专利以引用方式并入本文。在该方法中使用的机器包括用于分配相等尺寸的幅材膜的片材的两个辊、适于此类基材和装置的多个密封设备，诸如下文所述的用于将内容物(例如液体、粘性材料、粉末和其他物质)插入膜包装中的泵工位。多个包装可通过利用与经过机器的膜流一起行进的一个或多个可移动往复托架来生产，该托架支撑密封和横切工位中的每一者。密封设备应用于除了一个边缘之外的所有边缘，从而形成具有腔体和开口的袋。包装的所需内容物通过开口插入腔体中。然后将开口密封并与基材分离。在基材辊工位处提供一对基材辊。另选地，可将切割器置于单个夹辊的中间，以将基材宽度分成两个相等部分。纸层合体的片材被牵引轮工位推进通过设备并用于形成包装的前片和后片。来自每个辊的纸层合体被引导，使得当两片纸层合体前进通过机器时，两片纸层合体彼此非常接近并处于平行关系。密封和切割设备包括：用于密封包装的垂直边的纵向密封条，用于将纸层合体保持在适当位置并防止其向后滑动的单向辊，用于在垂直方向上将撕开的狭缝切割成包装的垂直切割器，以及用于在水平方向上密封包装的横向密封条。泵工位包括多个与将消费产品容纳在包装中的存放结构连通的填充分配器。这些分配器能够从贮存器中抽取预定量的消费产品并将其沉积到由机器形成的纸层合体包装的腔体中。在优选的实施方案中，泵工位和分配器可由与凸轮系统连通的一个或多个运动控制的伺服电动机驱动。可通过交换分配器(具有更多或更少容量的不同分配器)、改变泵循环的冲程、改变泵循环的定时等来改变消费产品的量。因此，取决于机器要形成的包装的尺寸和容量，可分配不同量的消费产品。

密封机构可以是热密封、水密封、湿气密封、超声密封、红外密封或被视为合适的任何其他类型密封。

制品

塑料膜在历史上已被用作许多不同类型的制品的初级包装(商店货架上的包装)材料，但可另外使用本公开的可回收的阻隔纸层合体。本发明的材料满足了对柔性和弹性的天然型包装材料的需要。本发明的可回收的阻隔纸层合体满足了对可经受多种类型的包装过程的苛刻条件的天然型包装材料的需要。此外，它满足了对表现出阻隔性能并且可容易地被消费者回收的天然型包装材料的需要。甚至此外，本公开的可回收的纸阻隔层合体满足了对被消费者视为非塑性的并且在技术上被验证是非塑性的天然型阻隔包装材料的需要。

如图10A-图10C所示，本发明还包括包含产品组合物400和可生物降解且可回收的阻隔纸层合体150(如前所述)的制品，该可生物降解且可回收的阻隔纸层合体可形成容器350，诸如袋、小袋、胶囊、包袋等，以容纳产品组合物。为了简单起见，本文所关注的制品将按照可生物降解且可回收的阻隔纸袋来描述，但应当理解，本文的讨论也适用于其他类型的容器。

通过前述方法形成的袋350可以是适于保持容纳在其中的组合物400的任何形式和形状，直至希望从可生物降解且可回收的阻隔纸层合体袋350释放组合物400，诸如通过将其撕开。袋350可包括一个隔室或者两个或更多个隔室(即，袋可以是多隔室袋)。在一个实施方案中，可生物降解且可回收的阻隔纸层合体袋350可具有两个或更多个隔室。

在一个实施方案中，可将可生物降解且可回收的阻隔纸层合体密封到已经以不同方式制备的不同的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体上。例如，可将半透明的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体密封到不透明的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体上。这使得消费者能够看到包装内的产品，而不改变包装的可回收性，并且不降低整个包装的阻隔特性。

在一个实施方案中，可将可生物降解且可回收的阻隔纸层合体密封到没有附接纸的水溶性阻隔膜。这能够形成进入包装的窗口，使得消费者能够看见产品，而不改变包装的可回收性。

袋或其他容器350可容纳单位剂量的来自一系列产品的一种或多种组合物400，所述一系列产品可包括(但不限于)容纳消费产品。如本文所用，“消费产品”是指例如用于毛发护理、美容护理、口腔护理、健康护理、个人清洁和家庭清洁的材料。消费产品的非限制性示例包括洗发剂、调理剂、摩丝、洁面皂、洗手皂、身体皂、液体皂、条形皂、保湿剂、润肤露、剃须液、牙膏、漱口水、发胶(hair gel)、手部消毒剂、衣物洗涤剂组合物、餐具洗涤剂、自动洗碗机洗涤剂组合物、硬质表面清洁剂、去污剂、织物增强剂和/或织物软化剂、化妆品和非处方药物、电子产品、药物、糖果、宠物保健产品、医用大麻衍生产品、工业大麻衍生产品、基于CBD的产品、衍生自非大麻药物的其他产品、维生素、非药物天然/草本“健康”产品、剃刀、吸收制品、擦拭物、发胶(hair gels)、食品和饮料、动物性食品、月经杯、脱皮垫、电子电气消费者设备、刷、涂覆器、耳塞、眼膜、眼罩、面膜、农业产品、植物性食品、植物种子、杀虫剂、杀蚁剂、酒精饮料、动物性食品和新产品形式。

本公开的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体可用作吸收制品的初级包装材料。如本文所用，术语“吸收制品”是指吸收和容纳流出物的装置，并且更具体地是指紧贴或邻近穿着者的身体放置以吸收和容纳从身体排出的各种流出物的装置。本公开的吸收制品包括但不限于尿布、成人失禁贴身短内裤、训练裤、尿布固定器、月经垫、女性卫生垫、失禁垫、衬垫、吸收插件、卫生护垫、棉塞、月经裤、海绵、纸巾、纸毛巾、擦拭物、法兰绒等。

袋350内的组合物400可为任何合适的形式，包括但不限于：粉末、固体泡沫、纤维、固体、颗粒、液体、凝胶、糊剂、霜剂、胶囊剂、丸剂、糖衣丸、固体泡沫、纤维、吸收制品、无纺布等。除了含有小于30％水、更优选地小于20％水的一些糊剂、凝胶、液体产品之外，袋特别适合于干燥产品。本发明的包装和制品耐受消费产品。如本文所用，“耐受”是指包装和制品在设计时在其表面上保持其机械特性和外观而不会经由消费产品扩散穿过包装材料造成包装和制品劣化的能力。

可包装在此类包装内和/或替代地可由可生物降解且可回收的纸阻隔层合体本身制造的另外的产品形式(制品)包括一次性围裙、洗衣袋和覆盖物、一次性医用床品、皮肤贴片、面罩、一次性手套、一次性医用长袍、医疗设备、皮肤包裹物、农用覆膜、购物袋、补充袋、耐用系统中的可再加载部件、夹层袋、垃圾袋、应急毯和衣物、建筑物/建筑结构包裹物和防潮衬里、用于运输的初级包装诸如信封和邮寄袋、汽车包装纸(用于运输汽车)、非吸收性纺织品和衣物、可用于封装衣物例如裙子、衬衫、套装和鞋的制品。

对于包装应用，多隔室袋350的不同隔室可用于分离不相容的成分。例如，可能需要将干洗发剂和干调理剂或洗衣粉和洗衣添加剂分开到分开的隔室中。

由于水蒸气和氧气阻隔方面的改进，通常用于一些产品中的染料和香料在由可生物降解的纸阻隔层合体制成的袋内部的稳定性相比于由无阻隔的纸层合体制成的袋应更大。而且，对包装内容纳的油脂、表面活性剂和其他化学物质迁移的阻隔相比于由无阻隔的纸层合体制成的包装可能得到改善。

在包装的寿命结束时，消费者可在常规的纸回收系统中回收包装。结构将在再浆化系统中破碎，使得纸的纤维素纤维能够被回收。任何可溶性聚合物将溶解并被过滤掉，并将最终生物降解，或者可从回收工厂的废水中回收该可溶性聚合物以再次使用。任何不溶性聚合物将被捕集在纸回收工厂的过滤设备上。任何阻隔材料都是惰性的、无害的和天然存在的，并且将安全地分散于废水中。然而，如果被丢弃，包装将在6至12个月内生物降解。

为了有利于以及促进包装的可回收性，由本公开的结构制成的包装可包含小于50重量％的油墨、染料、阻隔层、聚合物层、胶和/或合成纤维。油墨、染料、阻隔层、聚合物层、胶和/或合成纤维在包装中的重量百分比可小于50重量％，更优选地小于30重量％，或最优选地小于10重量％，具体列举这些范围内的所有值和由此产生的任何范围。例如，油墨、染料、阻隔层、聚合物层、胶和/或合成纤维在包装材料中的重量百分比可在0.1重量％至50重量％之间，更优选地在0.1重量％至30重量％之间，或最优选地在0.1重量％至10重量％之间，具体列举这些范围内的所有值和由此产生的任何范围。在一个具体示例中，油墨、染料、阻隔层、聚合物层、胶和/或合成纤维的量为5重量％或更少，或在0.1重量％至5重量％之间，具体列举这些范围内的所有值和由此产生的任何范围。

优选的是，由本公开中所述的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体制成的所得整体包装包含至少50重量％的天然纤维素纤维，至少70重量％的天然纤维素纤维，或至少80重量％的天然纤维素纤维，具体列举这些范围内的所有值和由此产生的任何范围。

可通过可再循环百分比来确定本公开的包装材料的再循环工艺的有效性。本公开的包装材料可表现出50％或更大、更优选地70％或更大、或最优选地80％或更大的可回收百分比，具体地列举了这些范围内的所有值以及由此产生的任何范围。本公开的包装材料可具有50％至约99％，更优选地约85％至约99％，或最优选地约90％至约99％的可回收百分比。本公开的包装材料的可回收百分比经由类别II下的测试PTS-RH:021/97(2019年10月草案)测定，如由位于Pirnaer Strasse 37,01809Heidenau,Germany的PapiertechnischeStiftung所进行的那样。

与可回收百分比一起，总不合格品百分比可经由类别II下的PTS-RH:021/97(2019年10月草案)来测定。本公开的包装材料的总不合格品百分比可小于约50％、更优选地小于约30％、或最优选地小于约10％，具体地包括这些范围内的所有值以及由此产生的任何范围。例如，本公开的包装材料的总不合格品百分比可为0.5％至50％、更优选地0.5％至30％、或最优选地0.5％至10％，具体地列举了这些范围内的所有值以及由此产生的任何范围。

值得注意的是，测试方法PTS-RH:021/97(2019年10月草案)包括手抄纸检测。受过训练的筛选人员检测一张或多张回收包装材料手抄纸的视觉缺陷和粘性。如果视觉缺陷的数量太多或者如果手抄纸太粘，则包装材料被拒收。根据PTS-RH:021/97(2019年10月草案)方法，如果视觉缺陷的数量是可接受的并且手抄纸不是太粘，则包装材料被批准用于另外的加工。当使用特定组合时，本公开的包装材料可在该方法的该步骤期间产生可接受水平的外观缺陷。对于某些组合，如果包装已通过再浆化测试但未通过视觉测试，则进行另外的测试，以了解包装在全球特定国家中的使用情况，这些国家可能对进入的可回收材料具有不同的质量要求。

本公开的包装材料组合中的一些可产生此前提及的可回收百分比并且通过手抄纸检测。因此，在那些情况下，当经受PTS-RH:021/97(2019年10月草案)回收测试方法时，本公开的包装材料可获得“通过”的总评分或最终结果。

还值得注意的是，存在用于确定本公开的包装材料的可再循环百分比的替代方法。如果PTS-RH:021/97(2019年10月草案)方法不可用，则可以使用由University ofWestern Michigan进行的测试。University of Western Michigan进行的测试方法是可再浆化性测试。再浆化性测试的结果提供了样品材料的百分比产率。根据可再浆化性测试，本公开的包装材料可实现大于约50％、更优选地大于约70％、或最优选地大于约80％的产率百分比，具体地列举了这些范围内的所有值以及由此产生的任何范围。本公开的包装材料可具有50％至约99％、更优选地约85％至约99％、或最优选地约90％至约99％的纸浆产率百分比。

还应当注意，一般来讲，PTS-RH:021/97(2019年10月草案)方法倾向于更指示欧洲纸张回收系统中的性能。此外，预期可回收百分比目标在不同的欧洲国家之间不同，以便考虑可回收的阻隔纸层合体。通常，目标范围介于在一些国家(例如，法国)中预期的至少50％的可回收百分比到在一些国家(例如，德国)中预期的至少80％的可回收百分比。然而，由University of Western Michigan进行的测试方法倾向于更指示北美纸回收系统中的性能，并且预期通常80％的产率百分比将被视为在北美可回收的阻隔纸层合体。在亚洲，尚未确定具体的可回收性目标或规定，并且因此我们假设亚洲国家将预期至少50％的可回收百分比目标(如通过PTS-RH:021/97(2019年10月草案)方法所确定)和/或至少50％的至少产率百分比(如通过University of Western Michigan测试方法所确定)，以便在亚洲被认为是可回收的。

测试方法

在测试和/或测量材料时，如果相关测试方法未指定特定温度，则在23℃(±3℃)的温度下对试样进行测试和/或测量，其中此类试样被预先调节至该温度。在测试和/或测量材料时，如果相关测试方法未指定特定湿度，则在35％(±5％)的湿度下对试样进行测试和/或测量，其中此类试样被预先调节至该湿度。测试和/或测量应经过培训、熟练且有经验的人员根据良好实验室规范经由适当校准的设备和/或仪器来执行。

1)生物降解筛选测试OECD 301B和OECD 306

理想地，应单独测试主要组分(纸、层合层、底漆、阻隔层、密封剂)，并然后应全部根据测试方法OECD 301B测试最终包装的生物降解。最终包装包括所有主要和次要(油墨、清漆)组件并且在一端处是开口的以模拟其在被消费者打开后的弃置。最终包装也应根据OECD 306在海水中进行测试。通过/失败成功标准如下表4所示：

表4：OECD生物降解测试方法和通过标准

样品应在60天内生物降解至少60％，优选地在30天内生物降解至少60％。

根据经济合作与发展组织(OECD)的方法301B和306测试指南所定义的标准测试方法，通过测试材料产生的二氧化碳(C02)来测量需氧生物降解，该测试按照指定的OECD测试方案进行，但该测试进行60天。优选的聚合物应实现至少60％的生物降解，如在标准方法301B和306中在60天内通过C02产生所测量的。这些OECD测试方法指南是本领域公知的并在本文中作为参考文献引用{OECD(1992)Test No.306:Biodegradability in Seawater,OECD Guidelines for the Testing of Chemicals，第3节，OECD Publishing,Paris,https://doi.org/10.1787/9789264070486-en.和OECD(1992),TestNo.301:ReadyBiodegradability,OECD Guidelines for the Testing of Chemicals，第3节，OECDPublishing,Paris,https://doi.org/10.1787/9789264070349-en.}。

2)溶解测试方法

当根据载玻片溶解测试进行测试时，该测试方法测量特定膜试样完全溶解的总时间，该载玻片溶解测试是如在名称为“Water-soluble film having improveddissolution and stress properties,and packets made therefrom”的美国公开专利申请US20150093526A1的第116-131段中阐述的测试方法205(MSTM 205)。整个公布内容据此作为参考并入本文中。本文所用的溶解测试方法与如US20150093526A1中阐述的方法相同，不同之处在于蒸馏水的温度为23℃并且测试持续时间限制为24小时。结果是单个和平均崩解时间(达到膜裂开的时间)以及单个和平均溶解时间(达到无可见固体残余物的时间)。除非明确指明，否则溶解测试方法使用维持在30℃的蒸馏水。溶解测试方法不适用于除了总厚度等于或小于3mm的膜以外的材料。如果根据该溶解测试方法测量的平均溶解时间小于24小时，则认为根据本发明的膜是水溶性的。

3)水蒸气透过率(WVTR)

该测试方法主要根据ASTM F1249-13在以下测试条件下进行：测试气体的温度为38℃(±0.56℃)并且其相对湿度为50％(±3％)，或者如果需要热带条件，则将测试气体的温度设定为38℃(±0.56℃)并且其相对湿度为90％(±3％)。载气为100％ N₂(干燥)。用于运行测试的设备是遵循书面规程QMS 702-004的Permatran-W水蒸气渗透性仪器。对于超出ASTM F-1249-13范围(§1.1)的材料，水蒸气透过率测试方法不适用。

如果特定基材的阻隔特性太差，尤其是如果纸基材上的涂层非常薄并且没有对设备进行良好密封，则不可能通过ASTM F1249-13测量WVTR。在这些情况下，使用不同的测试方法，即ASTM E96杯测试方法。然而，仍然可以比较来自两种不同测试方法的结果。对于ASTM E96，如果需要热带条件，则温度为38℃并且湿度为90％相对湿度，或者如果不需要热带条件，则有时湿度为50％相对湿度。

对于任一测试方法，水蒸气透过率以g/m²/天报告。如果通过阻隔厚度归一化，则水蒸气透过率以g.μm/m²/天报告。

除非另外指明，否则所有WVTR测试均在Minneapolis的Mocon实验室进行。

4)氧气透过率(OTR)

该测试方法主要根据ASTM F1927在以下测试条件下进行：除非另外指明，否则测试气体的温度为23℃(±0.56℃)并且其相对湿度为80％(±3％)，并且测试气体浓度为100％ O₂。载气为98％ N₂和2％ H₂，并且载气湿度为0％。测试气体压力为760mmHg。用于进行该测试的设备是遵循测试规程QMS 702-002的Oxtran 2/21透氧仪。

如果特定基材的阻隔特性太差，尤其是如果纸基材上的涂层非常薄并且没有对设备进行良好密封，则不可能通过ASTM F1927测量WVTR。在这些情况下，使用不同的测试方法，即F3136。然而，仍然可以粗略地比较来自两种不同测试方法的结果。对于F3136，测试气体的温度为23℃(±0.56℃)并且其相对湿度为39％，并且测试气体浓度为20.9％ O₂(室内空气)。用于进行该测试的设备是遵循测试规程QMS 702-002的Mocon OpTech-O₂型号P仪器。

对于任一测试方法，氧气透过率以cc/m²/天报告。如果通过阻隔厚度归一化，则水蒸气透过率以cc.μm/m²/天报告。

除非另外指明，否则所有OTR测试均在美国明尼阿波里斯的Mocon实验室进行。

5)耐油脂性测试(套盒测试)

使用针对纸和纸板的TAPPI T 559cm-12耐油脂性测试测量油脂测试耐性。除非另外指明，否则油脂测试在Appleton,Wisconsin,USA的SGS集成纸服务处进行。

在下表5所示的TAPPI标准条件下测试并调节样品。未对样品进行预处理。

表5：Tappi标准条件

室内条件

针对纸和纸板样品和通过套盒12的样品的TAPPI T 559cm-12耐油脂性测试报告为大于或等于12。

6)单独层厚度

通过经由滑动切片机(例如，Leica SM2010 R)切割膜样品的20μm厚横截面，将其置于光透射模式的光学显微镜(例如，Leica Diaplan)下，并应用成像分析软件来测量单独层的厚度。还使用扫描电子显微镜对该层进行测量，所述扫描电子显微镜有时还补充有能量色散X射线光谱以进一步对比不同层。

7)厚度

在静态载荷下通过测微计根据药典方法ISO 534测量单层测试样品的厚度(caliper/thickness)，其中本文提到了修改。所有测量均在保持在23℃±2℃和50％±2％相对湿度下的实验室中进行，并且在测试之前将测试样品在该环境中调理至少2小时。

用测微计测量厚度，该测微计配备有能够将70kPa±0.05kPa的稳定压力施加到测试样品上的压力脚。测微计是静重型仪器，其读数精确至0.1微米。合适的仪器是TMI数字微量计型号49-56，可购自Testing Machines Inc.,New Castle,DE或等同物。压力脚是直径小于试样并且能够施加所需压力的平地圆形可移动面。合适的压力脚的直径为16.0mm。测试样品由水平平坦的基准平台支撑，该平台大于并平行于压力脚的表面。按照制造商的说明书校准并操作系统。

对取自原材料卷或原材料片的单层测试样品或得自成品包装的测试样品进行测量。当从成品包装中切除测试样品时，注意在该过程期间不给样品造成任何污染或变形。切除的样品应不含残余的粘合剂并从包装的不含任何接缝或折痕的区域取得。测试样品理想地为200mm²并且必须大于压力脚。

为了测量厚度，首先将测微计相对于水平平坦基准平台归零。将测试样品放置在平台上，其中测试位置在压力脚下方居中。以每秒3.0mm的下降速率轻轻降低压力脚，直至将全部压力施加到测试样品上。等待5秒，然后记录测试样品的厚度，精确至0.1微米。以类似的方式，重复总共十个重复测试样品。计算所有厚度测量的算术平均值，并将值报告为“厚度”，精确至0.1微米。

8)基重

测试样品的基重为单个材料层的每单位面积(以平方米计)的质量(以克计)，并且根据药典方法ISO 536进行测量。将测试样品的质量切割成已知面积，并且使用精确至0.0001克的分析天平测定测试样品的质量。所有测量均在保持在23℃±2℃和50％±2％相对湿度下的实验室中进行，并且在测试之前将测试样品在该环境中调理至少2小时。

对取自原材料卷或原材料片的测试样品或得自成品包装的测试样品进行测量。当从成品包装中切除测试样品时，注意在该过程期间不给样品造成任何污染或变形。切除的样品应不含残余的粘合剂并从包装的不含任何接缝或折痕的区域取得。测试样品必须尽可能地大，以便考虑到任何固有的材料可变性。

使用源于NIST的经校准钢金属尺或等同物来测量单层测试样品的尺寸。计算测试样品的面积并记录，精确至0.0001平方米。使用分析天平以获得测试样品的质量并记录，精确至0.0001克。通过将质量(以克计)除以面积(以平方米计)来计算基重并记录，精确至0.01克/平方米(gsm)。以类似的方式，重复总共十个重复测试样品。计算基重的算术平均值并报告，精确至0.01克/平方米。

9)基材/单独层的粗糙度测量值(S_q)

使用3D激光扫描共聚焦显微镜(诸如购自KEYENCE CORPORATION OF AMERICA的Keyence VK-X200系列显微镜)测量均方根粗糙度(Sq)，该3D激光扫描共聚焦显微镜包括VK-X200K控制器和K-X210 30测量单元。仪器制造商的软件VK Viewer版本2.4.1.0用于数据收集，并且制造商的软件Multifile Analyzer版本1.1.14.62和VK Analyzer版本3.4.0.1用于数据分析。如果需要，可使用制造商的图像拼接软件VK Image Stitching版本2.1.0.0。制造商的分析软件15377P 22符合ISO25178。所用的光源是波长为408nm且具有约0.95mW的功率的半导体激光器。待分析的样品通过从包括待分析区域的制品上切下一片制品而获得，其尺寸可适合显微镜进行适当分析。为了测量制品的蚀刻部分的Sq，应获得包括蚀刻区域的样品，并且分析应仅在样品的蚀刻部分上方进行。如果样品不是平坦的，而是柔性的，则可将样品用胶带或其他装置向下保持在显微镜载物台上。如果由于样品的形状、柔韧性或其他特性，当样品未被平坦化时测量结果将更准确，则可以使用校正，如下文所解释。使用适用于非接触式轮廓测定法的20X物镜获得来自样品的测量数据，该物镜诸如20XNikon CF IC Epi Plan DI干涉测量物镜，其具有0.40的数值孔径。使用采集软件的“专家模式”采集数据，其中如本文所述设置以下参数：1)高度扫描范围被设置为涵盖样品的高度范围(这可根据每个样品的表面形貌特征而因样品而异)；2)Z方向步长大小被设置为0.50微米；3)实际峰值检测模式被设置为“打开”；以及4)使用仪器控制软件的自动增益特征优化每个样品的激光强度和检测器增益。在分析之前，使用制造商的20Multifile Analyzer软件对数据进行以下校正：1)3x3中值平滑，其中3x3像素阵列的中心像素被该阵列的中值替换；2)使用弱高度切割去除噪声(遵循分析软件中的内置算法)，以及3)使用波形去除进行形状校正(0.5mm截止)。使用设置面积方法并选择与用于形状去除的面积相同的面积来指定参考平面。应从分析中排除包括外来杂质、样品采集过程的人工痕迹或任何其他明显异常的区域，并且应使用任何无法准确测量的样品的替代样品。所得值为样品的测量部分的均方根粗糙度Sq。除非另外指明，否则所有百分比均为基于组合物的重量计的重量百分比。除非另外特别说明，否则所有比率均为重量比。所有数值范围是包括端值在内的更窄的范围；所描述的范围上限和下限是可互换的，以进一步形成没有明确描述的范围。有效位数的数字既不限制所指示的量也不限制测量的精度。所有测量均被理解为是在约25℃和环境条件下进行的，其中“环境15377P 23条件”是指在约一个大气压和约50％的相对湿度下的条件。

10)热密封强度

除非另有说明，否则测试方法ASTM F88-06用于测量由各种阻隔纸层合体形成的热密封件的热密封强度。

实施例

用于制备可溶层的以下两种组合物用于本部分中列出的几乎所有实施例中，因此制备这两种组合物的方法在此处列出，因此它们不需要重复：

水性层合层组合物(命名为FROZEN 3A)的制备

将650g去离子水在Thermomix TM5中加热至50℃。在2.5至3.0的搅拌水平下添加400g固体PVOH粉末(Selvol 205，得自Sekisui Chemicals)并将温度设置为85℃。当达到85℃的温度时(在约5分钟内)，将搅拌水平降至1.0至1.5以避免极端发泡。在85℃处持续搅拌30分钟后，聚合物被溶解。并行地，将100g甘油与100g去离子水在85℃下混合。然后，将聚合物和增塑剂溶液在85℃处在1.0-1.5的搅拌水平处一起混合约5分钟。将溶液在室温处储存过夜以消除任何残留泡沫。

水性密封层组合物(命名为FROZEN 3B)的制备

将1070g去离子水在Thermomix TM5中加热至50℃。在2.5至3.0的搅拌水平下加入400g固体PVOH粉末(Selvol 205，得自Sekisui Chemicals)并将温度设置为85℃。当达到85℃的温度时(在约5分钟内)，将搅拌水平降至1.0至1.5以避免极端发泡。在85℃处持续搅拌30分钟后，聚合物被溶解。并行地，将50g山梨糖醇和50g甘油与100g去离子水在85℃处混合。然后，将聚合物和增塑剂溶液在85℃处在1.0-1.5的搅拌水平处一起混合约5分钟。将溶液在室温处储存过夜以消除任何残留泡沫。

实施例1：基于涂覆有聚乙烯醇热密封层但没有添加底漆或阻隔层的纸的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体：

在热带条件即38℃/90％RH下，PVOH涂覆的纸在38℃/90％RH处表现出约1271g/m².天的MVTR。大多数干燥消费产品需要比那些好得多的阻隔，并且通常需要在38℃/90％RH处低至<5g.m².天或甚至更低的水分阻隔透过率。因此，通常，我们不能仅单独使用PVOH涂覆的纸来制造功能性包装，我们必须向其添加阻隔层。此外，无论将什么阻隔层添加到该结构中，都需要是可生物降解的(或者一旦该结构的其余部分生物降解并分解就可安全地分散)并且在常规纸回收系统中是可回收的。下面我们描述如何制备这样的实施例，以便将其与添加了阻隔层的后面的实施例进行比较：

在The Fraunhofer Institute IVV,Freiburg,Germany处制备实施例1：

在一个非限制性实施方案(HPX-RAW)中，采用得自Brigl and Bergmeister(B&B)的以PackPro 7.0销售的可生物降解且可回收的62μm厚的纸等级。该纸具有两面，一面由Brigl and Bergmeister使用矿物涂层施胶以制备用于随后的涂层，而另一面未施胶。然后使用网纹辊，用保持在85℃的基于PVOH的水性热密封层组合物FROZEN 3B(较早示出的配方)涂覆该纸的施胶面。铺设约55μm厚的湿层。使用对流干燥机/加热器(得自

的Drytec牌)在90℃处干燥该溶液的水分，产生干燥时约18μm厚的热密封层。所得干热密封层的组成是80％ Selvol 205(得自Sekisui Chemicals)、10％甘油和10％山梨糖醇。结构层在表6中概述如下：

表6：HPX-RAW的结构：

实施例2：基于纸、聚乙烯醇层合层、铝阻隔层和聚乙烯醇热密封层的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体：

我们首先构建不含任何设计成使铝层的质量和稳定性最大化的底漆层的结构，以理解是否真正需要底漆来提供所需范围的阻隔特性。如下所述制备由纸、PVOH和铝制成的结构。如果我们不必使用底漆，则我们可以具有更简单的结构以减少制造步骤并且还最小化昂贵材料的使用，这两者都将可能降低整体结构的成本。

在The Fraunhofer Institute IVV,Freiburg,Germany处制备实施例2：

在一个非限制性实施方案(HPX-A100-3B)中，采用得自Brigl and Bergmeister(B&B)的以PackPro 7.0销售的可生物降解且可回收的62μm厚的纸等级。该纸具有两面，一面由Brigland Bergmeister使用矿物涂层施胶以制备用于随后的涂层，而另一面未施胶。然后使用网纹辊，用保持在85℃处的基于PVOH的水性层合层组合物FROZEN 3A(参见之前共有的配方)涂覆该纸的施胶面。来自溶液的水分被部分吸收到纸中，但也使用对流干燥机/加热器(得自

的Drytec牌)在90℃处干燥，产生干燥时为约9μm厚的PVOH层。所得干燥层合层的组成是80％的Selvol 205PVOH(得自Sekisui Chemicals)和20％的甘油(得自Cremer)。然后将所制备的卷放入电子束蒸发单元(由Leybold制造)的真空系统中，并抽空以产生真空-由于基材内纸层的孔隙率而花费数小时的过程。通常，将系统抽空至1.5×10^- ⁵mbar(其为约0.01托)的真空。一旦在系统内部，膜辊在沉积之前用液氮将基材冷却至-5℃至-10℃的温度范围，使得任何残留的水在原位冻结。然后使用约50N的幅材张力，该系统展开以0.9米/分钟-1.2米/分钟范围内的幅材速度移动的基材。使用铝源的电子束蒸发来产生蒸气，然后当基材展开时将铝沉积到基材上。所使用的铝靶的纯度为99.999％。为了蒸发铝靶，将450mA-500mA的电流施加到电子源以形成聚焦到铝靶上的电子束。铝在基材上的涂覆速率在

/秒-

/秒的范围内，并且因此网以合适的速率移动以获得期望的膜厚。一旦施加无机涂层，再次卷起基材。总体来看，将100nm的铝施加到基材的顶表面以制备该特定样品。在真空室可打开之前，需要将铝源冷却以防止氧化，因此必须等待大约30分钟。在该时间之后，允许空气进入该室并且可以移除该基材卷。作为下一步骤，使用网纹辊，用保持在85℃处的水性热密封层组合物FROZEN 3B涂覆该结构。铺设约55μm厚的湿层。使用对流干燥机/加热器(得自

的Drytec牌)在90℃处干燥该溶液的水分，产生干燥时约18μm厚的热密封层。所得干热密封层的组成是80％ Selvol 205(得自Sekisui Chemicals)、10％甘油和10％山梨糖醇。

每一层的细节以及它们在所产生的结构内的目的概述于下表7中：

表7：HPX-A100-3B的结构

然后使所产生的结构经受一系列物理测试，以便评估其对于应用的适用性。该测试包括水分透过率测试、氧气透过率测试、耐油脂性测试、热密封强度测试、可回收性测试和生物降解测试。这些样品的结果总结在下表8中：

表8：结构HPX-A100-3B：

从表8中可以看出，在38℃/90％RH处的水分透过率为约264g/m2.天，这仅为覆盖有PVOH的纸所测量的透过率的20％，但仍然相当高并且高于包装大多数产品所需要的透过率。如前所述，一些干燥洗衣用产品在38℃/90％RH或甚至更低处需要<5g/m2.天的防潮层。然而，氧气透过率和耐油脂性是良好的，并且再浆化纤维的回收得分非常好，为99.6％。结果证实需要探索是可生物降解的还是一旦该结构的其余部分被生物降解就无害的底漆是否可进一步降低水分透过率，同时仍允许该结构通过典型的纸回收工厂的再浆化测试。

在The Procter and Gamble Company,USA和Mueller Corporation,USA处制备实施例2：

为了进一步探索这些不含底漆的结构，我们还在美国的另一外部实验室(MuellerCorporation)进行了类似的测试，以便能够测试更大范围的铝厚度。首先在West Chester,Ohio,USA的The Procter and Gamble Company处用PVOH涂覆PackPro 7.0，并然后将它们的样品送到Mueller Corporation进行铝沉积。然后将样品返回到The Procter andGamble Company，并且在测试水分阻隔层之前将PVOH的顶层涂覆到铝上。所产生的结构和所获得的结果示于下表9中，该表显示以与上述那些非常类似的方式制备样品，不同之处在于使用更大范围的铝厚度。

表9-Mueller样品的细节：

然后使所产生的结构经受一系列物理测试，以便评估其对于应用的适用性。该测试包括水分透过率测试、氧气透过率测试、耐油脂性测试、热密封强度测试、可回收性测试和生物降解测试。这些样品的结果总结在下表10中：

表10-来自Mueller样品的结果：

从表10可以看出，即使当我们将铝层从100nm增加到1000nm时，这些新结构在38℃/90％RH处的水分透过率仍然相当高。通常，水分透过率值远高于包装大多数产品所需的值。存在一个样品–Mueller-A500-3B，其显示约20g/m2.天的平均MVTR，这比在Mueller制造的其他金属化样品更好。然而，这对于我们的要求在38℃/90％RH处MVTR<5g/m2.天的主要产品目标仍然不够好。此外，大多数工业规模的喷镀金属器不以500nm厚的层形式施加铝，因为这将是非常昂贵的，大多数工业喷镀金属器为了成本效益和速度而施加5nm-100nm范围内的铝层。结果进一步证实需要探索是可生物降解的还是一旦该结构的其余部分被生物降解就无害的底漆，同时仍允许该结构通过典型的纸回收工厂的再浆化测试。

实施例3：基于纸、聚乙烯醇层合层、bio-

底漆、铝阻隔层和聚乙烯醇热密封层的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体：

遵循实施例1中观察到的结果，我们探索了可生物降解的bio-

底漆的使用。如下所述制备结构。

在The Fraunhofer Institute IVV,Freiburg,Germany处制备实施例3：

在一个非限制性实施方案(HPX-O-A100-3B:KOTH1)中，采用得自Brigl andBergmeister(B&B)的以PackPro 7.0销售的可生物降解且可回收的62μm厚的纸等级。该纸具有两面，一面由Brigl and Bergmeister使用矿物涂层施胶以制备用于随后的涂层，而另一面未施胶。然后使用网纹辊，用保持在85℃处的基于PVOH的水性层合层组合物FROZEN 3A(参见先前共有的配方)涂覆该纸的施胶面。来自溶液的水分被部分吸收到纸中，但也使用对流干燥机/加热器(得自

的Drytec牌)在90℃处干燥，产生干燥时为约9μm厚的PVOH层。所得干燥层合层的组成是80％的Selvol 205PVOH(得自Sekisui Chemicals)和20％的甘油(得自Cremer)。作为下一步骤，也使用网纹辊在顶部添加液体bio-

底漆层。然后使用保持在100℃处的相同对流干燥机/加热器(得自

的Drytec牌)固化该bio-

层，同时以5米/分钟的速度移动基材通过干燥机以确保涂层在干燥机内的停留时间为大约1分钟。该固化过程形成bio-

底漆层的非常平坦的表面，该层一旦干燥为约3.5μm。为了制备用于金属化的甚至更完美、更硬的支撑层，我们然后重复bio-

底漆层的施加和固化，以便产生一旦固化后总共为约9μm厚的层。在固化第二bio-

层之后，形成极其平坦、稳定的表面以接收随后的铝涂层。然后将所制备的卷放入电子束蒸发单元(由Leybold制造)的真空系统中，并抽空以产生真空-由于基材内纸层的孔隙率而花费数小时的过程。通常，将系统抽空至1.5×10^-5mbar(其为约0.01托)的真空。一旦在系统内部，膜辊在沉积之前用液氮将基材冷却至-5℃至-10℃的温度范围，使得任何残留的水在原位冻结。然后使用约50N的幅材张力，该系统展开以0.9米/分钟-1.2米/分钟范围内的幅材速度移动的基材。使用铝源的电子束蒸发来产生蒸气，然后当基材展开时将铝沉积到基材上。所使用的铝靶的纯度为99.999％。为了蒸发铝靶，将450mA-500mA的电流施加到电子源以形成聚焦到铝靶上的电子束。铝在基材上的涂覆速率在

/秒-

/秒的范围内，并且因此网以合适的速率移动以获得期望的膜厚。一旦施加无机涂层，再次卷起基材。总体来看，将100nm的铝施加到基材的顶表面以制备该特定样品。在真空室可打开之前，需要将铝源冷却以防止氧化，因此必须等待大约30分钟。在该时间之后，允许空气进入该室并且可以移除该基材卷。作为下一步骤，也使用网纹辊将液体bio-

底漆的第三保护层直接添加到铝层的顶部上。使用保持在120℃处的相同对流干燥机/加热器(得自

的Drytec牌)固化该层，同时以5米/分钟的速度移动基材通过干燥机以确保涂层在干燥机内的停留时间为大约1分钟。该固化过程形成干燥后为约3.5μm厚的bio-

底漆层。最后，使用网纹辊，用保持在85℃处的水性热密封层组合物FROZEN 3B涂覆该结构。铺设约55μm厚的湿层。使用对流干燥机/加热器(得自

每个层的细节以及它们在结构HPX-O-A100-3B:KOTH1内的目的以及两种其他结构HPX-O-A120-3B和HPX-O-A60-3B概述于下表11中。其他两种结构与HPX-O-A100-3B:KOTH1相同，不同之处在于HPX-O-A120-3B具有120nm厚的铝层(通过两次施加60nm厚的铝层铺设)并且HPX-O-A60-3B具有60nm厚的铝层。

表11：结构细节：

然后使所产生的结构经受一系列物理测试，以便评估其对于应用的适用性。该测试包括水分透过率测试、氧气透过率测试、耐油脂性测试、热密封强度测试、可回收性测试和生物降解测试。这些样品的结果总结在下表12中：

表12：结构的物理测试的结果：

从表12可以看出，本部分中描述的两个样品在38℃/90％RH处的水分透过率满足甚至我们的主要产品目标的WVTR目标，该主要产品目标要求在38℃/90％RH处MVTR<5g/m2.天(干洗衣粉)。除了具有100nm铝层的样品之外，甚至具有60nm铝层厚度的样品仍满足该WVTR要求。然而，具有100nm铝的样品对于氧气透过率表现得更好，因此总体上可能是优选的。具有120nm铝的样品不如具有较薄铝层的样品表现良好-这可能是因为据报道，随着层变得更厚，除了应用成本更高之外，样品可能更倾向于破裂，因此可能最好以使用100nm或更低的铝层为目标。

我们还评估了基材在更有压力的高湿度/高温条件下转化为完整包装的能力，该条件例如在世界上许多地方发现的那些，其中空气中的天然水分水平可能非常高，甚至在空调建筑物内。为了评估这一点，我们将基材HPX-O-A100-3B:KOTH1放置在各种湿度室内。在前三小时每30分钟评估样品，并然后在下一周每天评估样品。特别地，我们发现设定在40℃/75％RH处的房间将导致所测试的特定PVOH热密封层在已经被放置在该室内之后的前3小时内变得不透明、溶胀并且起皱。这使得很难形成良好的热密封以形成良好密封的包装。(请注意：用于层合到纸层上的其他PVOH层没有经历这些问题。)因此，我们得出结论，HPX-O-A100-3B:KOTH1结构将最佳地应用于工厂具有湿度水平控制非常好的区域中，以防止湿度升高得太高，直到包装已经完全形成并密封。对于不可能的区域，我们决定探索用于最内层(即热密封层)的聚合物的其他选择。以下实施例中的一些是该研究的结果。

实施例4：基于纸、聚乙烯醇层合层、bio-

底漆、铝阻隔层和几种替代的可溶性热密封层的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体：

为了克服实施例3中解释的可溶性PVOH热密封层的一些问题，我们制备了一些具有替代的可溶性热密封层的新结构。如果完全可能的话，我们希望保持可溶的热密封层，因为可溶的热密封层使得更容易通过纸可回收性测试方案，因为它们在纸再浆化单元中如此快速地溶解并破碎。因此，我们在实施例3中使用的PVOH中添加填料的情况下进行实验，以降低其水分敏感性。我们还使用不同的可溶性聚合物如PEO和与甲基纤维素共混的PEO进行实验。在试图降低水分敏感性的同时，我们还需要确保可溶性热密封层的热密封强度保持较强。PVOH给我们提供了强密封(表12)，但我们不知道其他可溶性聚合物将产生多强的热密封。结构的其余部分保持与实施例3(HPX-O-A100-3B:KOTH1)相同，同时改变热密封聚合物。产生的结构概述如下。

用于可溶性热密封层的附加组合物(除FROZEN 3A和FROZEN 3B之外)需要如下制备：

具有微滑石填料的水性PVOH基密封层组合物(命名为FROZEN3C)的制备

将1070g去离子水在Thermomix TM5中加热至50℃。在2.5至3.0的搅拌水平下加入400g固体PVOH粉末(Selvol 205，得自Sekisui Chemicals)并将温度设置为85℃。当达到85℃的温度时(在约5分钟内)，将搅拌水平降至1.0至1.5以避免极端发泡。在85℃处持续搅拌30分钟后，聚合物被溶解。并行地，将50g山梨醇和50g甘油与100g去离子水在85℃下混合。然后，将聚合物和增塑剂溶液在85℃处在1.0-1.5的搅拌水平处一起混合约5分钟。将溶液在室温处储存过夜以消除任何残留泡沫。在Thermomix中将微滑石(得自Mondo Minerals的Finntalc M05SL)在使用前以小步骤添加到已加热(85℃)的粘性溶液中，达到40重量％的水平，从而形成高粘性灰色分散体，以便尝试并降低热密封层对空气中水分的水分敏感性。

水性PEO基密封层组合物(命名为FROZEN 4A)的制备

将1000g去离子水在Thermomix TM5中加热至60℃。在2.5至3.0的搅拌水平下小心地逐步添加240g固体PEO粉末(WSR N-80，得自Dow Chemicals)并将温度设置为85℃。在60℃处持续搅拌1小时后，聚合物被溶解。并行地，在60℃处添加120g 50％甘油/山梨糖醇溶液。最后，将聚合物和增塑剂溶液在60℃处在2.5至3.0的搅拌水平下混合在一起约5分钟至10分钟。然后将溶液在室温处储存过夜。

具有微滑石填料的水性PEO基密封层组合物(命名为FROZEN4B)的制备

将1000g去离子水在Thermomix TM5中加热至60℃。在2.5至3.0的搅拌水平下在60℃处小心地逐步添加240g固体PEO粉末(WSR N-80，得自Dow Chemicals)。在60℃处持续搅拌1小时后，聚合物被完全溶解。并行地，在60℃处添加120g 50％甘油和50％山梨糖醇的溶液。将聚合物和增塑剂溶液在60℃处在2.5至3.0的搅拌水平下混合在一起约5分钟至10分钟。然后将溶液在室温处储存过夜。将微滑石(Finntalc M05SL)在使用前以适度的搅拌水平以小步骤添加到加热的(60℃)溶液中，达到40重量％的水平，形成高粘性灰色分散体，以便尝试并降低热密封层对空气中水分的水分敏感性。

含水PEO和甲基纤维素基密封层组合物(命名为FROZEN 5)的制备

首先，将1000g去离子水在Thermomix TM5中加热至60℃。在2.5至3.0的搅拌水平下在60℃处小心地逐步添加240g固体PEO粉末(WSR N-80，得自Dow Chemicals)。在60℃处持续搅拌1小时后，聚合物被完全溶解。并行地，在60℃处添加120g 50％甘油和50％山梨糖醇的溶液。将聚合物和增塑剂溶液在60℃处在2.5至3.0的搅拌水平下混合在一起约5分钟至10分钟。然后将溶液在室温处储存过夜。将微滑石(Finn talc M05SL)在使用前以适度的搅拌水平以小步骤添加到加热的(60℃)溶液中，达到40重量％的水平，形成高粘性灰色分散体，以便尝试并降低热密封层对空气中水分的水分敏感性。

第二，将1070g去离子水在Thermomix TM5中加热至50℃。在2.5至3.0的搅拌水平下小心地逐步添加200g甲基纤维素并将温度设置为60℃。在60℃处持续搅拌2小时后，聚合物被溶解。并行地，添加100g 50％甘油+50％山梨糖醇溶液。

最后，将两种聚合物溶液以所选比例50:50在60℃处在2.5至3.0的搅拌水平下混合约5分钟至10分钟。然后该溶液即可使用。

在The Fraunhofer Institute IVV,Freiburg,Germany处制备实施例4结构：

在使用替代的可溶性热密封层的非限制性实施方案中，采用得自Brigl andBergmeister(B&B)的以PackPro 7.0销售的可生物降解且可回收的62μm厚的纸等级。该纸具有两面，一面由Brigl and Bergmeister使用矿物涂层施胶以制备用于随后的涂层，而另一面未施胶。然后使用网纹辊，用保持在85℃处的基于PVOH的水性层合层组合物FROZEN 3A(参见上述配方)涂覆该纸的施胶面。来自溶液的水分被部分吸收到纸中，但也使用对流干燥机/加热器(得自

的Drytec牌)在90℃处干燥，产生干燥时为约9μm厚的PVOH层。所得干燥层合层的组成是80％的Selvol 205PVOH(得自Sekisui Chemicals)和20％的甘油(得自Cremer)。作为下一步骤，也使用网纹辊将液体bio-

底漆层添加到第一层的顶部上。然后使用保持在100℃处的相同对流干燥机/加热器(得自

的Drytec牌)固化该bio-

底漆层的非常平坦的表面，该层一旦干燥为约4.5μm。为了制备用于金属化的甚至更完美、更硬的支撑层，我们然后重复bio-

底漆层的施加和固化，以便产生一旦固化后总共为约9μm厚的层。在120℃处固化第二bio-

层之后，形成极其平坦、稳定的表面，该表面是接收后续铝涂层的优异表面。然后将所制备的卷放入电子束蒸发单元(由Leybold制造)的真空系统中，并抽空以产生真空-由于基材内纸层的孔隙率而花费数小时的过程。通常，将系统抽空至1.5×10^-5mbar(其为约0.01托)的真空。一旦在系统内部，膜辊在沉积之前用液氮将基材冷却至-5℃至-10℃的温度范围，使得任何残留的水在原位冻结。然后使用约50N的幅材张力，该系统展开以0.9米/分钟-1.2米/分钟范围内的幅材速度移动的基材。使用铝源的电子束蒸发来产生蒸气，然后当基材展开时将铝沉积到基材上。所使用的铝靶的纯度为99.999％。为了蒸发铝靶，将450mA-500mA的电流施加到电子源以形成聚焦到铝靶上的电子束。铝在基材上的涂覆速率在

/秒-

底漆的另一保护层直接添加到铝层的顶部上。使用保持在120℃处的相同对流干燥机/加热器(得自

的Drytec牌)固化该层，同时以5米/分钟的速度移动基材通过干燥机以确保涂层在干燥机内的停留时间为大约1分钟。该固化过程形成干燥后为约3.5μm的bio-

底漆层。最后，使用具有控制涂层厚度的线棒的实验室涂布机和具有对流干燥机的烘箱，用保持在85℃的水性热密封层组合物涂覆该结构。将四种不同的组合物(FROZEN 3C、FROZEN 4A、FROZEN 4B和FROZEN 5)分别用作热密封层以产生四种不同的新结构HPX-O-A100-3C、HPX-O-A100-4A、HPX-A100-4B和HPX-A100-5。对于每个结构，铺设一种不同组合物的约55μm厚的湿层以制备每个不同的结构。使用稳态对流干燥机/加热器在90℃处将来自这些溶液的水干燥5分钟，产生在干燥时厚度在15μm-20μm范围内的热密封层。

每一层的细节以及它们在所产生的结构内的目的概述于下表13中：

表13：实施例4的结构细节：

然后评估所产生的结构的热密封层本身对bio-

底漆层的粘附性。这对于保持包装的完整性是重要的。在高湿度条件下，我们发现除了起皱如此差以至于可能还进一步导致热密封层从bio-

层剥离之外，HPX-O-A100-3B:KOTH1样品对内部bio-

底漆层的粘附性差。

在该测试之后，我们还评估了基材在更有压力的高湿度/高温条件下转化为完整包装的能力，该条件例如在世界上许多地方发现的那些，其中空气中的天然水分水平可能非常高，甚至在空调建筑物内。为了评估这一点，我们将新基材放置在各种湿度室内。在前三小时每30分钟评估样品，并然后在下一周每天评估样品。特别地，我们发现设定在40℃/75％RH处的房间将导致PVOH热密封层在已经被放置在该室内之后的前3小时内变得不透明、溶胀并且起皱。这使得很难形成良好的热密封以形成良好密封的包装。结果总结于下表14中，并且为了比较，结构HPX-A100-3B(描述于实施例2的部分中)以及HPX-O-A100-3B:KOTH1(描述于实施例3的部分中)的结果包括在表14中。

表14：替代的热密封层的结果：

如表14中可见，相对于HPX-O-A100-3B:KOTH1，通过添加微滑石作为填料，我们观察到在降低水分敏感性方面的良好结果。然而，滑石的添加似乎也降低了材料被热密封的能力。此外，滑石的添加几乎没有改善内部bio-

层与热密封层的粘合强度。为此，我们决定接下来添加不溶性聚合物作为热密封层进行实验，并且这在下一实施例部分中描述。

实施例5：基于纸、聚乙烯醇层合层、bio-

底漆、铝阻隔层和PBSA热密封层的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体：

在进一步尝试寻找将具有较低防潮性但仍可热密封，同时还可生物降解且不妨碍纸回收的热密封层时，我们决定使用PBSA作为热密封层进行实验。选择PBSA是因为它已通过了OECD301B生物降解测试，可以工业量获得，并且尝试使用PBSA作为纸咖啡杯的衬里的公司已经报道在回收期间它比PE更好地起作用。据报道，PBSA在纸回收再浆化槽中溶胀超过PE并且更容易释放纸纤维。该结构的其余部分保持不变，甚至是PVOH层合层。我们知道，由于PBSA是不可溶的，我们将需要保持PBSA尽可能薄，或者我们无法再回收纸。因此，我们必须用不同厚度的PBSA进行实验，以找到将通过纸可回收性测试的正确PBSA厚度。

在The Fraunhofer Institute IVV,Freiburg,Germany和The Procter &Gamble Company,West Chester,Ohio,USA处制备实施例5结构：

在三个非限制性实施方案(HPX-O-A100-PB15:KOTH2、HPX-O-A100-PB-11:KOTH3和HPX-O-A100-PB-7)中，采用得自Brigl and Bergmeister(B&B)的以PackPro 7.0销售的可生物降解且可回收的62μm厚的纸等级。该纸具有两面，一面由Brigl and Bergmeister使用矿物涂层施胶以制备用于随后的涂层，而另一面未施胶。然后使用网纹辊，用保持在85℃处的基于PVOH的水性层合层组合物FROZEN 3A(参见上述配方)涂覆该纸的施胶面。来自溶液的水分被部分吸收到纸中，但也使用对流干燥机/加热器(得自

的Drytec牌)在90℃处干燥，产生干燥时为约9μm厚的PVOH层。所得干燥层合层的组成是80％的Selvol205PVOH(得自Sekisui Chemicals)和20％的甘油(得自Cremer)。作为下一步骤，也使用网纹辊将液体bio-

的Drytec牌)固化该bio-

/秒-

底漆层。最后，将该结构热层合到各种厚度的PBSA膜-首先是15μm膜，然后是11μm膜，并然后是7μm膜。PBSA膜首先在West Chester,Ohio,USA的The Procter andGamble Company处的Collins膜生产线上制造。使用Collins膜生产线的热流延膜挤出段制备三种不同的膜厚度，以便使膜相对于热吹塑膜挤出的厚度变化最小化-尽管一些膜制造商有可能即使使用吹塑膜单元也能够实现低厚度变化。该bio-PBSA颗粒获自Mitsubishi，并且所用等级为PD92PM，因为已知其具有Mitsubishi出售的PBSA/PBS等级的最佳生物降解动力学。为了在Collins膜生产线上流延膜，将熔融PBSA粒料的多个挤出机区设定为在130℃开始，逐渐升至160℃，并然后将进料流延模头的管道和流延模头本身设定为160℃。一旦形成为膜，就将膜切割，并然后使用位于West Chester,Ohio,USA的The Procter andGamble Company的Sky 480R6层合单元，使用140℃的层合辊温度来热层合以附着到结构的其余部分。HPX-O-A100-PB15:KOTH2使用15μm PBSA膜形成，HPX-O-A100-PB-11:KOTH3使用11μm PBSA膜形成，并且HPX-O-A100-PB-7使用7μm PBSA膜形成。

使用多个实验室规模和小规模的供应商集合，每一层的细节以及它们在所产生的结构内的目的概述于下表15中：

表15：实施例5在The Fraunhofer Institute IVV, Freiburg, Germany和The Procter & Gamble Company,West Chester,Ohio,USA的组合处构造的层合体的结构细节：

在一些实施方案中，我们在将PBSA热层合或粘附层合到其上之前对bio-

层进行电晕处理。在一些情况下，我们发现在将PBS(15μm)、PBS(11μm)或PBS(7μm)热层合到该结构之前，bio-

外层的电晕处理改善了bio-

和相应PBSA层之间的层合强度。在任一热层合之前首先进行电晕处理时，纤维撕裂或撕裂到结构的其他层中，而不是容易地将PBSA从bio-

剥离。

在Jura-Plast GmbH/Jura-Tech GmbH(Bavaria,Germany)和ROWO Coatings GmbH (Baden-Württemberg,Germany)处制备实施例5结构：

在使用多个实验室规模和小规模生产线供应商组构建表15中概述的初始材料组之后，我们转移到使用不同的工业规模供应商组来构建用于生产线试验的大卷材料。对于该较大的卷，每一层的细节以及它们在所产生的结构内的目的概述于下表16中。我们用Jura-Plast GmbH/Jura-Tech GmbH(Bavaria,Germany)-膜转化器工作，以制备一米宽的完整层合材料卷。该转化器具有将溶液涂覆到纸和其他基材上、吹塑挤出膜以及将不同的层粘合层合在一起的能力。在Jura-Plast GmbH/Jura-Tech GmbH将层2(PVOH FROZEN 3A层)和层3(bio-

层)涂覆到纸层上。然后将基材卷送到第三方喷镀金属器ROWOCoatings GmbH(Baden-Württemberg,Germany)以施加铝气相沉积层，并然后进行电晕处理。然后将基材卷送回至Jura-Plast GmbH/Jura-Tech GmbH以施加层5(生物粘合剂层)和层6(PBSA膜)。在该结构中，省略第二bio-

层，因为我们发现不需要维持良好的阻隔-仅第一bio-

层是必需的。

表16：实施例5在Jura-Plast GmbH/Jura-Tech GmbH和ROWO Coatings GmbH的组合处构造的层合体的结构细节

在Jura-Plast GmbH/Jura-Tech GmbH处用于构造该层合材料的方法的细节如下所列：

1.PVOH溶液的涂覆

冷冻3,25％固体，由HPX制备，稀释至约15％以调节粘度和涂层克重，涂覆在Packpro 7.0的光泽面上，涂层宽度：1.000mm

1.1工业伙伴：Jura-tech GmbH

1.1.1机器

印刷机-凹版辊涂覆单元+干燥机

1.2.1设定：速度：30m/min(受PVOH溶液的发泡限制)，干燥机温度：80℃

1.3.1结果：

2个PVOH涂层，体积：6700延米

克重：各3g/m2-3.5g/m2(干燥)

总厚度：纸表面的顶部上为0.5μm-1μm(通过SEM检测)

PVOH漆的涂覆

15％固体，由Hubergroup制备，稀释至约10％以调节粘度，涂覆在Packpro 7.0的双涂覆面上，涂层宽度：1.000mm

2.1工业伙伴：Jura-tech GmbH

2.1.1机器

印刷机-凹版辊涂覆单元+干燥机

2.2.1设定：速度：50m/min，干燥机温度：90℃

2.3.1结果：

2个PVOH漆涂层，体积：900延米

克重：各2g/m2-2.5g/m2(干燥)

Ormocer漆的涂覆

44％固体，稀释至约25％以调节粘度和涂层克重，涂层宽度：1.000mm

3.1工业伙伴：Jura-tech GmbH

3.1.1机器

印刷机-凹版辊涂覆单元+干燥机

3.2.1设定：速度20m/min-50m/min，干燥机温度：105℃+2 x IR加热器(最大干燥机设定)

3.3.1结果：

2个Ormocer涂层，体积：在3个辊中为6370延米(以不同速度涂覆)

克重：各1.2g/m2-1.5g/m2(干燥)

总厚度：在PVOH层的顶部上为2.2μm-2.5μm(通过SEM检测)

4.PBSA生物膜在铝化且涂漆的纸上的层合

使用Morchem生物粘合剂(PS 255eco+CS 95，25％固体)将由jura-plast生产的19μm PBSA膜层合，该生物粘合剂涂覆在PBSA膜上，干燥并层合在得自ROWO的镀铝并涂漆的纸版上

层合宽度：1.000mm

4.1工业伙伴：Jura-tech GmbH

4.1.1机器

层合机-凹版辊涂覆单元+干燥机

4.2.1设定：线速度.60m/min，干燥机：80℃+IR加热器(20％)，电晕膜预处理：1500W

4.3.1结果：生物膜层合阻隔纸，体积：650延米(良好的WVTR)

粘合剂克重：2.5g/m2-3g/m2(干燥)

组合的结果汇总

然后使表15和表16中所产生并显示的结构经受一系列物理测试，以便评估其对于应用的适用性。该测试包括水分透过率测试、氧气透过率测试、耐油脂性测试、热密封强度测试、可回收性测试和生物降解测试。这些样品的结果汇总在下表17中，并且还示出了HPX-O-A100-3B:KOTH1作为参考：

表17表15和16中所示结构的物理测试结果：

此外，还测试了所有这些选项的水分敏感性，以便评估是否已经解决了起皱问题，并且结果总结在下表18中：

表18：水分敏感性、热密封强度和粘合强度的结果：

从表18可以看出，如所预期的，没有一个PBSA热密封层经历任何水分敏感性问题。还可看出15μm和11μm PBSA的热密封强度足够强，即它们满足至少3N的要求极限。我们确实发现，在正常热密封的情况下，7μmPBSA层给出2.5N的较低热密封强度，如果使用迄今使用的热密封方法和热密封条，则该强度低于目标-将来可以通过调整热密封方法来增加该值以满足目标。此外，用PBSA层代替热密封层对在38℃/90％RH处的水分透过率几乎没有影响，并且它们保持低于<5g/m2.天。

发生来自bio-Ormocer的PBS、纤维撕裂或撕裂到结构的其他层中。

除了已经描述的测试外，将一些HPX-O-A100-PB11:KOTH3基材形成为小袋。将第二种产品(干燥固体形式的美容护理产品)放置在小袋内，并将小袋的最后一面密封。已知该产品含有高百分比的保湿油，并且因此重要的是具有良好的油脂阻隔性。将含有产品的小袋置于快速稳定性测试中，该测试包括将砝码放置于小袋的顶部并将小袋放置于较高温度和湿度环境(38℃/75％RH)中持续延长的时间段。老化后，观察包装以了解产品在包装内的容纳情况。结果显示，没有油脂痕迹转移到包装的外部，并且因此认为该基材是该产品的良好阻隔层。

实施例6：基于纸、聚乙烯醇层合层、替代的可生物降解的底漆、铝阻隔层和聚乙烯醇热密封层的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体：

我们还探索了bio-

之外的底漆，以提供其他供应选择。特别地，我们测试了来自Huber的基于PVOH的底漆，以观察其是否可以起到与bio-

相同的作用。我们测试了单独的底漆和与bio-

混合的底漆。我们还测试了除去顶部底漆，而是将PVOH热密封层直接放置在铝层的顶部上。总共制备了五种不同的新结构。在两种情况下，测试了底漆还可用作结构的热密封层的可能性，这将使得结构能够被简化，因为将不需要添加单独的热密封聚合物，这将降低制造成本。在另外两种情况下，将可溶性热密封层置于底漆层的顶部上，使得可溶性聚合物而不是底漆将充当热密封层。在第五种情况下，如前所述，我们根本没有使用底漆来对铝进行面涂，而是我们仅使用PVOH层。

在The Fraunhofer Institute IVV,Freiburg,Germany处制备实施例6结构：

在一个非限制性实施方案(HPX-O-A100-P1、HPX-O-A100-P2、HPX-O-A100-P1-4A、HPX-O-A100-P1-3C和HPX-O-A100-3B)中，采用得自Brigl and Bergmeister(B&B)的以PackPro 7.0销售的可生物降解且可回收的62μm厚的纸等级。该纸具有两面，一面由Brigland Bergmeister使用矿物涂层施胶以制备用于随后的涂层，而另一面未施胶。然后使用网纹辊，用保持在85℃处的基于PVOH的水性层合层组合物FROZEN 3A(参见上述配方)涂覆该纸的施胶面。来自溶液的水分被部分吸收到纸中，但也使用对流干燥机/加热器(得自

的Drytec牌)固化该bio-

/秒-

/秒的范围内，并且因此网以合适的速率移动以获得期望的膜厚。一旦施加无机涂层，再次卷起基材。总体来看，将100nm的铝施加到基材的顶表面以制备该特定样品。在真空室可打开之前，需要将铝源冷却以防止氧化，因此必须等待大约30分钟。在该时间之后，允许空气进入该室并且可以移除该基材卷。

下一步骤在如下五个样品之间不同，使用具有控制涂层厚度的线棒的实验室涂布机和具有对流干燥机的烘箱，分别使用不同的组合物作为热密封层以产生不同的新结构HPX-O-A100-P1、HPX-O-A100-P2、HPX-A100-P1-A4以及HPX-A100-3C和HPX-A100-3B。使用稳态对流干燥机/加热器在90℃处将来自这些溶液的水干燥3分钟，在干燥时产生固体层。

HPX-O-A100-P1：作为下一步骤，将液体PVOH漆/底漆的保护层直接添加到铝层的顶部上。

HPX-O-A100-P2：作为下一步骤，将作为PVOH漆/底漆与50％液体bio-

的50％共混物的液体底漆的保护层直接添加到铝层的顶部上，

HPX-O-A100-P1-4A：作为下一步骤，将液体PVOH漆/底漆的保护层直接添加到铝层的顶部上。

HPX-O-A100-P1-3C：作为下一步骤，将液体PVOH漆/底漆的保护层直接添加到铝层的顶部上。最后，用保持在85℃的水性热密封层组合物FROZEN 3C(具有滑石的PVOH)涂覆该结构。铺设约55μm厚的湿层。使用对流干燥机/加热器(得自

的Drytec牌)在90℃处干燥该溶液的水分，产生干燥时约18μm厚的热密封层。所得干热密封层的组成是48％Selvol 205(得自Sekisui Chemicals)、40％微滑石、6％甘油和6％山梨糖醇。

HPX-O-A100-3B：作为下一步骤，用保持在85℃的水性热密封层组合物FROZEN 3B涂覆铝，产生干燥时为约18μm厚的热密封层。所得干热密封层的组成是80％ PVOH、10％甘油和10％山梨糖醇。

每一层的细节以及它们在所产生的结构内的目的概述于下表19中：

表19：结构细节：

然后使所产生的结构经受一系列物理测试，以便评估其对于应用的适用性。该测试包括水分透过率测试、氧气透过率测试、耐油脂性测试、热密封强度测试、可回收性测试和生物降解测试。这些样品的结果总结在下表20中：

表20：结构的物理测试的结果：

迄今为止的结果表明，使用PVOH漆作为顶部底漆仍提供低于目标值的水分透过率，表明该结构可用于包装甚至湿度非常敏感的干燥产品。还表明，PVOH漆可用作结构中的热密封层，潜在地允许我们消除将另外的热密封聚合物添加到结构上的需要。我们还发现PVOH漆不如单独的PVOH那样对水分敏感。

HPX-O-A100-3B的结果显示，可能根本没有底漆作为顶部底漆，尽管考虑到已经显示的结果，如果除去两种底漆，则需要底部底漆。相反，可溶聚合物层可用于覆盖铝并在38℃/90％RH处仍保持低于目标<5g/m2.天的防潮层。

实施例7：基于纸、聚乙烯醇层合层、bio-

底漆、SiOx阻隔层和聚乙烯醇热密封层的可生物降解的阻隔纸层合体

我们还探索了使用SiOx阻隔层代替铝阻隔层。SiOx阻隔层往往比铝阻隔层昂贵得多，并且比铝更脆，因此在加工、运输和使用期间难以保持阻隔层。然而，一个优点是它们是透明的。具有透明阻隔层的一个优点包括可能更容易通过纸回收方案测试中的视觉评估。另一个优点是，如果需要半透明的纸包装，这可以通过将基于牛皮纸的透明纸与基于SiOx的阻隔层组合来实现。图11示出了我们使用铝阻隔层产生的纸样品与使用SiOx阻隔层产生的样品相比较的照片，示出了你可以通过SiOx阻隔层直接看到下面的纸-而铝阻隔层是如此不透明的以至于你不能看到下面的纸。

在The Fraunhofer InstituteIVV,Freiburg,Germany处制备实施例7结构：

在非限制性实施方案(HPX-O6-SiOx-3B和HPX-O3-SiOx-3B)中，采用得自Brigland Bergmeister(B&B)的以PackPro 7.0销售的可生物降解且可回收的62μm厚的纸等级。该纸具有两面，一面由Brigl and Bergmeister使用矿物涂层施胶以制备用于随后的涂层，而另一面未施胶。然后使用网纹辊，用保持在85℃处的基于PVOH的水性层合层组合物FROZEN 3A(参见上述配方)涂覆该纸的施胶面。来自溶液的水分被部分吸收到纸中，但也使用对流干燥机/加热器(得自

的Drytec牌)固化该bio-

底漆层的非常平坦的表面，该层一旦干燥为约3μm。样品HPX-O3-SiOx-3B仅具有添加的该第一层bio-

而对于样品HPX-O6-SiOx-3B，为了制备用于沉积SiOx层的甚至更完美、更刚性的支撑层，我们然后重复bio-

底漆层的施加和固化，以便产生一旦固化后总共约6μm厚的层。在固化第二bio-

层之后，形成极其平坦、稳定的表面，该表面是接收后续SiOx涂层的优异表面。然后将所制备的卷放入电子束蒸发单元(由Leybold制造)的真空系统中，并抽空以产生真空-由于基材内纸层的孔隙率而花费数小时的过程。通常，将系统抽空至12×10^-5mbar(其为约0.01Torr)的真空。一旦在系统内部，膜辊在沉积之前用液氮将基材冷却至-5℃至-10℃的温度范围，使得任何残留的水在原位冻结。然后使用约50N的幅材张力，该系统展开以4米/分钟范围内的幅材速度移动的基材。使用SiOx源的电子束蒸发来产生蒸气，然后当基材展开时将SiOx沉积到基材上。所使用的SiOx靶具有>99％的纯度(来自Amcor的单晶)。为了蒸发SiOx靶，向电子源施加85mA-90mA的电流以形成聚焦到SiOx靶上的电子束，这比铝涂层所需的低得多。SiOx在基材上的涂覆速率在

/秒的范围内(大于铝涂层)，因此以合适的速率移动幅材以获得期望的厚度。一旦施加SiOx涂层，再次卷起基材。总体来看，将50nm-60nm的SiOx施加到基材的顶表面以制备该特定样品。在真空室可打开之前，需要将SiOx源冷却以防止热冲击，因此必须等待大约30分钟。在该时间之后，允许空气进入该室并且可以移除该基材卷。作为下一步骤，也使用网纹辊将液体bio-

底漆的另一层直接添加到SiOx层的顶部上。使用保持在120℃处的相同对流干燥机/加热器(得自

的Drytec牌)固化该层，同时以5米/分钟的速度移动基材通过干燥机以确保涂层在干燥机内的停留时间为大约1分钟。最后，使用网纹辊，用保持在85℃处的水性热密封层组合物FROZEN3B涂覆该结构。铺设约55μm厚的湿层。使用对流干燥机/加热器(得自

每一层的细节以及它们在所产生的结构内的目的概述于下表21中：

表21：结构细节：

然后使所产生的结构经受一系列物理测试，以便评估其对于应用的适用性。这些测试包括水分透过率测试。这些样品的结果总结在下表22中：

表22：结构的物理测试的结果：

从该表可以看出，当使用SiOx阻隔层代替铝阻隔层时，阻隔性能比<5g/m2.天的目标差。因此，它不能用于包装要求最高的产品。然而，如果可以管理更高的成本和更易碎的结构，则对于一些要求较低的产品仍然是有用的。如果可使用更硬或更高的gsm纸，则它可在一定程度上有助于保护易碎结构。上表显示当底漆层厚度减小时样品的脆性增加，HPX-O6-SiOx-3B样品含有6μm厚的bio-

层，但HPX-O3-SiOx-3B仅含有3μm厚的bio-

层并且具有高得多的水分透过率。除了bio-

厚度外，两种结构在构造上相同。此外，当在40℃/50％RH的较低湿度处测量时，该结构的MVTR非常低，即0.732。这清楚地显示湿度对该结构的价值影响很大。

实施例8：基于纸、PHA层合层、bio-

和SiOx的可生物降解的阻隔纸层合体

根据实施例7中所述的SiOx阻隔层实施例，我们制备了该结构的另一种形式，但使用PHA代替PVOH作为热密封。测试PHA的原因是它实际上具有比PVOH更好的生物降解动力学，并且它也可能比PVOH对湿度更不敏感。我们还将这些层重新布置在该结构中，它们在所产生的结构内的目的在下表23中概述：

在The Fraunhofer Institute IVV,Freiburg,Germany处制备实施例8：

在一个非限制性实施方案(HPX-O-A100-3B:KOTH1)中，采用得自Birgl&Bergmeister(B&B)的以PackPro 7.0销售的可生物降解且可回收的62μm厚的纸等级。该纸具有两面，一面由Birgl&Bergmeister使用矿物涂层施胶以制备用于随后的涂层，而另一面未施胶。然后使用具有线棒涂覆工具和对流干燥机的实验室涂布机，用来自Danimer的PHA含水悬浮液涂覆该纸的施胶面。来自溶液的水被部分吸收到纸中，但也通过使用稳态对流干燥机/加热器在120℃处干燥，产生干燥时为约9μm厚的PHA层。然后使用热压机将PHA层加热至170℃的较高温度30秒以形成连续的PHA层。作为下一步骤，也使用移动的线棒涂覆工具，将液体bio-

底漆层添加到PHA层的顶部上。然后使用保持在120℃的相同对流干燥机/加热器将该bio-

层固化5分钟。该固化过程形成固化的bio-

底漆层的非常平坦的表面，该层一旦干燥为约4.5μm。然后将所制备的片材固定在连续纸卷上，放入电子束蒸发单元(由Leybold制造)的真空系统中，并抽空以产生真空-由于基材内纸层的孔隙率而花费数小时的过程。通常，将系统抽空至1.5×10^-5mbar(其为约0.01托)的真空。一旦在系统内部，膜辊在沉积之前用液氮将基材冷却至-5℃至-10℃的温度范围，使得任何残留的水在原位冻结。然后使用约50N的幅材张力，该系统展开以4米/分钟范围内的幅材速度移动的基材。使用SiOx源的电子束蒸发来产生蒸气，然后当基材展开时将SiOx沉积到基材上。所使用的SiOx靶的纯度>99％。为了蒸发SiOx靶，向电子源施加85mA-90mA的电流以形成聚焦到SiOx靶上的电子束，这比铝涂层所需的低得多。SiOx在基材上的涂覆速率在

/秒的范围内(比铝涂层慢得多)，因此以合适的速率移动幅材以获得期望的厚度。一旦施加SiOx涂层，再次卷起基材。总体来看，将50nm-60nm的SiOx施加到基材的顶表面以制备该特定样品。在真空室可打开之前，需要将SiOx源冷却以防止热冲击，因此必须等待大约30分钟。在该时间之后，允许空气进入该室并且可以移除该基材卷。最后，使用具有线棒涂覆工具的实验室涂布机和120℃的对流干燥机，用来自Danimer的PHA含水悬浮液再次涂覆SiOx，产生在干燥时为约10μm厚的PHA层。

表23：结构细节：

然后使所产生的结构经受一系列物理测试，以便评估其对于应用的适用性。该测试包括水分透过率测试、氧气透过率测试、耐油脂性测试、热密封强度测试、可回收性测试和生物降解测试。这些样品的结果总结在下表23中：

表24：结构的物理测试的结果：

上述数据表明，实际上所使用的特定布置没有提供比实施例7更好的阻隔。

实施例9的制备：基于纸、聚乙烯醇层合层、bio-

底漆和无密封层的铝阻隔层的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体：

在实施例5的工业规模构建HPX-KOTH-IS-1(图12)以制造更大的材料卷的过程中，还生产了实施例9的附加样品，该样品是与实施例5相同的材料，但没有粘合剂和热密封层。对于该材料，每一层的细节以及它们在所产生的结构内的目的概述于下表26中。我们用Jura-Plast GmbH/Jura-Tech GmbH(Bavaria,Germany膜转化器工作，以便为我们制备1米宽×500米长的材料。该转化器具有将溶液涂覆到纸和其他基材上、吹塑膜以及将不同的层粘合层合在一起的能力。在Jura-Plast GmbH/Jura-Tech GmbH将层2(PVOH FROZEN 3A层)和层3(bio-

层)涂覆到纸层上。然后将基材卷送到第三方喷镀金属器ROWOCoatings GmbH(Baden-Württemberg,Germany)以施加铝气相沉积层。然后将基材卷送回到Jura-Plast GmbH/Jura-Tech GmbH，并然后送还到P&G进行另外的测试。该材料可用于产生具有不同密封层的样品。

表25：实施例9在Jura-Plast GmbH/Jura-Tech GmbH和ROWO Coatings GmbH的组合处构造的层合体的结构细节

实施例10-12的制备：基于纸、聚乙烯醇层合层、bio-

底漆和具有 PBAT/TPS共混密封层的铝阻隔层的可生物降解且可回收的阻隔纸层合体：

在如下所述的具有PBAT/TPS共混物作为密封层的实施例10-12的非限制性实施方案中，由实施例9制备不含粘合剂和密封层的HPX-KOTH-IS-1。将可堆肥粘合剂层(由BASF供应的Epotal CF 430)涂覆到真空金属化铝层上的实施例9材料上并且在80℃处干燥5分钟；这些样品使用5gsm的涂层重量。然后在台式层压机中在80℃处将从BiologiQ获得的与TPS共混的PBAT膜层合到该结构上。BiologiQ PBAT/TPS样品具有20微米-25微米的厚度并且PBAT与TPS的不同比率为95:5、90:10和75:25。样品命名为BQ PBAT/TPS(5％)、BQ PBAT/TPS(10％)和BQ PBAT/TPS(25％)，并且分别为实施例10、11和12。

本文所公开的量纲和值不应理解为严格限于所引用的精确数值。相反，除非另外指明，否则每个此类量纲旨在表示所述值以及围绕该值功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。

除非明确排除或以其他方式限制，本文中引用的每一篇文献，包括任何交叉引用或相关专利或专利申请以及本申请对其要求优先权或其有益效果的任何专利申请或专利，均据此全文以引用方式并入本文。对任何文献的引用不是对其作为与本发明的任何所公开或本文受权利要求书保护的现有技术的认可，或不是对其自身或与任何一个或多个参考文献的组合提出、建议或公开任何此类发明的认可。此外，当本发明中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文献中相同术语的任何含义或定义矛盾时，应当服从在本发明中赋予该术语的含义或定义。

虽然已举例说明和描述了本发明的具体实施方案，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的实质和范围的情况下可作出各种其他变化和修改。因此，本文旨在于所附权利要求中涵盖属于本发明范围内的所有此类变化和修改。

Claims

1.生产可生物降解且可回收的阻隔纸层合体的方法，所述方法包括：

a)将水性可生物降解聚合物组合物的第一含水体系施加到可生物降解且可回收的纸层上；

b)从水性可生物降解聚合物组合物的所述第一含水体系中去除水以生产第一可生物降解聚合物层；

c)将可生物降解的底漆组合物的第一液体体系施加到所述第一可生物降解聚合物层上；

d)施加热以从可生物降解的底漆组合物的所述第一液体体系中去除液体以生产第一可生物降解的底漆层；

e)将无机阻隔层的气相沉积连续层施加到所述第一可生物降解的底漆层上；

f)将可生物降解的底漆组合物的第二液体体系施加到所述气相沉积的无机阻隔层上；

g)施加热以从可生物降解的底漆组合物的所述第二液体体系中去除液体以生产第二可生物降解的底漆层。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述可生物降解且可回收的纸层被机械上光。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述可生物降解且可回收的纸层包括牛皮纸或玻璃纸中的至少一者。

4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

h)将水性可生物降解聚合物组合物的第二含水体系施加到所述第二可生物降解的底漆层的内表面上；以及

i)从所述水性可生物降解聚合物组合物的所述第二含水体系中去除所述水以生产第二可生物降解聚合物层。

5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

h)通过溶液流延、热流延膜挤出或热吹塑膜挤出中的至少一者，生产由可生物降解聚合物组合物制成的膜；以及

i)将由可生物降解聚合物组合物制成的所述膜施加到所述第二可生物降解的底漆层上并将它们热层合在一起以形成所述第二可生物降解聚合物层。

6.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

h)将可生物降解的粘合剂施加到所述第二可生物降解的底漆层；

i)通过溶液流延、热流延膜挤出或热吹塑膜挤出中的至少一者，生产由可生物降解聚合物组合物制成的膜；以及

j)将由可生物降解聚合物组合物制成的所述膜施加到所述可生物降解的粘合剂的表面上以形成所述第二可生物降解聚合物层。