專(zhuān)利名稱(chēng)：用于紙基基底的多層涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)內(nèi)容總體上涉及涂布紙或紙板，并且具體地，涉及具有用于油和油脂抵抗性質(zhì)，氧阻擋性質(zhì)和水蒸氣阻擋性質(zhì)的多層涂層的涂布紙或紙板。
背景技術(shù)：
纖維基底，例如紙和紙板，被廣泛地用于包裝作業(yè)。然而，紙和紙板對(duì)于由例如水蒸汽，氣體，油，溶劑和油脂所致的滲透可能具有非常差的抵抗性。為了改進(jìn)對(duì)由這些物質(zhì)所致的滲透的抵抗性，已經(jīng)用多種材料涂布紙和紙板。多年來(lái)，在造紙工藝中通過(guò)氟化學(xué)品的處理，或者通過(guò)表面處理，或者作為濕部添加劑(wet end addtive)，已經(jīng)成為用于實(shí)現(xiàn)油和油脂抵抗(OGR)性質(zhì)的主要方法。然而，最近的圍繞氟化學(xué)品的環(huán)境關(guān)注已經(jīng)促使紙和紙板制造商尋求為涂布紙賦予OGR性質(zhì)的涂布組合物的備選途徑。用于對(duì)涂布紙賦予OGR性質(zhì)的備選途徑包括使用試劑如膠乳，明膠，淀粉，改性淀粉和植物蛋白。然而，這些試劑為了賦予足夠的OGR性質(zhì)而昂貴地以大量使用。另外，這些試劑的這樣大量的使用可能導(dǎo)致所處理的紙和紙板對(duì)于許多用途而言過(guò)硬和/或過(guò)脆。 同樣地，所述涂布材料在將涂布紙板或紙彎折和/或折疊時(shí)可能導(dǎo)致所形成的涂層失效 (fail)。一種用于解決涂層的變硬和/或變脆的途徑是將大量的增塑劑結(jié)合到涂層中。盡管大量的增塑劑可以有助于增加涂層的撓性，但是大量的增塑劑也可以導(dǎo)致氧阻擋性質(zhì)損失和對(duì)水蒸氣滲透的抵抗性降低，從而使得紙涂層對(duì)于它們的所需目的而言無(wú)效。因此，對(duì)在纖維基底上提供撓性阻擋涂層、對(duì)由油，油脂，溶劑，氧和水蒸氣所致的滲透具有改進(jìn)的抵抗性的紙涂層存在著持續(xù)需求。

發(fā)明內(nèi)容
本公開(kāi)內(nèi)容提供其中原紙已經(jīng)被涂布多層涂層的涂布紙或紙板的實(shí)施方案，以及形成所述涂布紙或紙板的方法。對(duì)于各種實(shí)施方案，涂布紙或紙板的多層涂層包括將生物聚合物阻擋層夾在中間的水蒸氣阻擋層。對(duì)于各種實(shí)施方案，該多層涂層的結(jié)構(gòu)對(duì)涂布紙或紙板提供改進(jìn)的油和油脂抵抗(OGR)性質(zhì)，氧阻擋性質(zhì)和水蒸氣阻擋性質(zhì)。令人驚奇地， 即使在通過(guò)彎折和/或折疊涂布紙或紙板而施加機(jī)械應(yīng)力以后，涂布紙或紙板上的多層涂層也保持它的OGR性質(zhì)。對(duì)于各種實(shí)施方案，涂布紙或紙板包括在第一主表面上具有多層涂層的原紙，所述多層涂層具有10克/平方米(g/m2)以下的總干涂層重量。多層涂層配置為具有第一水蒸氣阻擋層，在第一水蒸氣阻擋層上的生物聚合物阻擋層，和在生物聚合物阻擋層上的第二水蒸氣阻擋層。另外，生物聚合物阻擋層具有4g/m2以下的干涂層重量。在所述多層涂層中還可以包括其它層。在另外的實(shí)施方案中，多層涂層可以配置為具有第一水蒸氣阻擋層，在第一水蒸氣阻擋層上的第一生物聚合物阻擋層，在第一生物聚合物阻擋層上的第二生物聚合物阻擋層，和在第二生物聚合物阻擋層上的第二水蒸氣阻擋層，其中所述第一生物聚合物阻擋層和所述第二生物聚合物阻擋層介于所述第一水蒸氣阻擋層和所述第二水蒸氣阻擋層之間。 而且，第一生物聚合物阻擋層和第二生物聚合物阻擋層中的每一個(gè)具有2g/m2以下的干涂
層重量。對(duì)于各種實(shí)施方案，生物聚合物阻擋層可以包括生物聚合物，增塑劑和顏料。在一些實(shí)施方案中，與包含高水平的增塑劑以增加涂層的撓性的常規(guī)涂層相比，增塑劑的量可以保持得相對(duì)低。各種實(shí)施方案還包括形成本公開(kāi)內(nèi)容的涂布紙或紙板的方法，所述方法包括同時(shí)地將多層涂層涂敷到原紙的第一主表面上并且干燥原紙的第一主表面上的多層涂層。所述多層涂層包括各自由用膠乳形成的第一涂布組合物形成的第一水蒸氣阻擋層和第二水蒸氣阻擋層。多層涂層還包括至少一個(gè)由第二涂布組合物形成的生物聚合物阻擋層，所述第二涂布組合物包含生物聚合物，相對(duì)于每100干重量份的生物聚合物為約2. 5至約50重量份的增塑劑，和相對(duì)于每100干重量份的生物聚合物為約10至約100重量份的顏料。另外， 生物聚合物阻擋層位于第一和第二阻擋層之間。本公開(kāi)內(nèi)容的以上概述不意在描述本公開(kāi)內(nèi)容的各個(gè)公開(kāi)的實(shí)施方案或每一個(gè)執(zhí)行方案(implementation)。隨后的描述更具體地舉例說(shuō)明示意性實(shí)施方案。在貫穿本申請(qǐng)的若干地方，通過(guò)列舉實(shí)施例提供指導(dǎo)，所述實(shí)施例可以以各種組合方式使用。在每一種情況下，所述列舉僅起到代表性的組的作用并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為是排他性的列舉。如在本文中使用的，“不定冠詞a”，“不定冠詞an”，“所述(the)”，“至少一個(gè)(at least one)”和“一個(gè)或多個(gè)(one or more) ”可交替地使用。術(shù)語(yǔ)“包括”和“包含”以及它們的變體，當(dāng)這些術(shù)語(yǔ)在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中出現(xiàn)的情況下，不具有限制性的含義。因而，例如，包括生物聚合物的生物聚合物阻擋層可以被解釋為是指包括“一種或多種”生物聚合物的層。術(shù)語(yǔ)“和/或”是指所列出的要素中的一個(gè)，一個(gè)或多個(gè)，或全部。如在本文中使用的，用端點(diǎn)敘述的數(shù)值范圍包括在所述范圍內(nèi)包含的所有數(shù)值 (例如，約 1 至約 5 包括 1，1. 5，2，2. 75，3，3. 80，4，5 等)。如在本文中使用的，術(shù)語(yǔ)“干的”是指基本上不存在液體。如在本文中使用的，術(shù)語(yǔ)“干重”是指干燥材料的重量。例如，粘土的固體含量可以作為干重表達(dá)，表示它是在已經(jīng)移除基本上所有的揮發(fā)性材料(例如，水)以后殘余的粘
土的重量。如在本文中使用的，“室溫”是指約20°C至約25°C的環(huán)境溫度。如在本文中使用的，術(shù)語(yǔ)“份”是指相對(duì)于每100重量份的涂布組合物的一種或多種固體的總干重的份數(shù)。如在本文中使用的，“長(zhǎng)寬比”是指沿粘土的單個(gè)塊體的第一軸的最長(zhǎng)尺寸與沿粘土的第二軸的最短尺寸的比率。如在本文中使用的，“紙”和“紙板”是指纖維合并體的紙基基底，所述纖維可以至少部分地包括植物，木材和/或合成纖維。如在本文中使用的，“纖維板”是指通過(guò)將纖維 (例如在本文中討論的那些)壓縮成比紙和/或紙板更硬的片材而制成的材料。如所意識(shí)到的，在紙和/或紙板和/或纖維板的片材的紙基基底中可以包含其它組分。如在本文中使用的紙，紙板，和/或纖維板在它們的厚度，勁度，強(qiáng)度和/或重量方面不同，但是意欲被在本文中提供的涂布組合物和方法的實(shí)施方案改變，以形成本公開(kāi)內(nèi)容的涂布紙基基底。對(duì)于本公開(kāi)內(nèi)容，術(shù)語(yǔ)“紙基基底”包括術(shù)語(yǔ)“紙”，“紙板”和“纖維板”并且可與“紙”，“紙板” 和“纖維板”互換，除非清楚地不意欲這樣的構(gòu)造，如從使用此術(shù)語(yǔ)的上下文中顯然的。如在本文中使用的，“膠乳”是指聚合物的水性懸浮液，其可以是天然聚合物，合成聚合物或它們的組合。如在本文中使用的，“生物聚合物，，是指由生物來(lái)源得到的聚合物物質(zhì)。如在本文中使用的，“生物聚合物”是指由下列各項(xiàng)組成的組淀粉，脫乙酰殼多糖，多糖，蛋白，明膠， 生物聚酯和它們的變體和混合物。如在本文中使用的，術(shù)語(yǔ)“組合物”或“涂布組合物”被解釋為包括真正的液體溶液，以及膠體分散體，懸浮液，乳液和膠乳，如它們常規(guī)所定義的。如在本文中使用的，“剝落”是指層狀填料被破碎并分離成原始粒子的單獨(dú)的層的過(guò)程。如在本文中使用的，“機(jī)械應(yīng)力”是指將紙彎折，折疊，彎曲，翻轉(zhuǎn)和按壓。如在本文中使用的，“比表面積”是指相對(duì)于每單位的質(zhì)量、固體或總體積的總表面積，或材料的橫截面面積。


圖1示例了用于形成根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的彎折涂布原紙樣品的實(shí)驗(yàn)室彎折裝置的一個(gè)實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方案提供具有多層涂層的涂布紙板，所述多層涂層對(duì)紙板提供改進(jìn)的油和油脂抵抗(OGR)性質(zhì)和氧阻擋性質(zhì)。盡管在本文中使用術(shù)語(yǔ)“紙板”，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方案可以使用紙和/或紙板。另外，如在本文中討論的，多層涂層對(duì)紙板提供耐水蒸氣性以及改進(jìn)的OGR性質(zhì)和氧阻擋性質(zhì)。對(duì)于各種實(shí)施方案，本公開(kāi)內(nèi)容的多層涂層包括第一水蒸氣阻擋層，生物聚合物阻擋層和第二水蒸氣阻擋層。在各種實(shí)施方案中，生物聚合物阻擋層可以由兩個(gè)以上的單獨(dú)層形成。對(duì)于各種實(shí)施方案，用于制備涂布紙板的方法包括提供具有第一主表面的紙板 (即，原紙)，并且同時(shí)地將多層涂層涂敷到紙板的第一主表面上。如在本文中討論的，多層涂層包括各自由包含膠乳的第一涂布組合物形成的第一水蒸氣阻擋層和第二水蒸氣阻擋層。多層涂層還包括至少一個(gè)由第二涂布組合物形成的生物聚合物阻擋層，所述第二涂布組合物包含生物聚合物，相對(duì)于每100干重量份的生物聚合物為約2. 5至約50重量份的增塑劑，和相對(duì)于每100干重量份的生物聚合物為約10至約100重量份的顏料。對(duì)于各種實(shí)施方案，生物聚合物阻擋層位于第一和第二阻擋層之間。對(duì)于各種實(shí)施方案，一旦將多層涂層涂敷到紙板上，就將其在紙板的第一主表面上干燥?？梢酝ㄟ^(guò)使用已知的紙或紙板涂布技術(shù)將多層涂層的第一和第二涂布組合物涂敷到紙板上，以形成第一水蒸氣阻擋層，一層或多層生物聚合物阻擋層和第二水蒸氣阻擋層的所需厚度和/或干涂層重量的涂層。這樣的技術(shù)包括但不限于如在WO 2004/035929， US 2003/0188839和US 2004/0121080中所述的用于同時(shí)涂布多層的多層幕涂法，所述專(zhuān)利文件整體結(jié)合在此。如在本文中討論的，第一和第二水蒸氣阻擋層可以安置在生物聚合物阻擋層的每一側(cè)上。例如，第一水蒸氣阻擋層可以安置在紙板的表面上，生物聚合物阻擋層可以安置在第一水蒸氣阻擋層上，而第二水蒸氣阻擋層可以安置在生物聚合物阻擋層上。換言之，第一和第二水蒸氣阻擋層可以將生物聚合物阻擋層夾在中間。另外，如在本文中另外討論的，在各種實(shí)施方案中，生物聚合物阻擋層可以由多于一個(gè)的生物聚合物阻擋層組成。由本公開(kāi)內(nèi)容的第一涂布組合物形成的水蒸氣阻擋層可以對(duì)紙板提供耐水蒸氣性，并且保護(hù)生物聚合物阻擋層免于吸水。對(duì)于各種實(shí)施方案，每一個(gè)水蒸氣阻擋層的干涂層重量可以在1克/平方米(g/m2)至10g/m2的的范圍內(nèi)。例如，在一些實(shí)施方案中，每一個(gè)水蒸氣阻擋層的干涂層重量可以為3g/m2以下，使得第一水蒸氣阻擋層和第二水蒸氣阻擋層可以具有6g/m2以下的合并干涂層重量。在其它的實(shí)施方案中，每一個(gè)水蒸氣阻擋層的干涂層重量可以為5g/m2以下。其它的干涂層重量也是可以的。另外，第一水蒸氣阻擋層和第二水蒸氣阻擋層可以具有彼此不同的干涂層重量。在各種實(shí)施方案中，生物聚合物阻擋層的第一涂布組合物可以以一層的方式涂敷，以提供4g/m2以下的總干涂層重量。在其它的實(shí)施方案中，生物聚合物阻擋層的第一涂布組合物可以以至少兩層，例如第一生物聚合物阻擋層和第二生物聚合物阻擋層的形式涂敷。在生物聚合物阻擋層以兩層的形式涂敷的實(shí)施方案中，第一生物聚合物阻擋層和第二生物聚合物阻擋層可以各自具有2g/m2以下的干涂層重量。在其它的實(shí)施方案中，第一生物聚合物阻擋層和第二生物聚合物阻擋層可以各自具有l(wèi)g/m2以下的干涂層重量。在另外的實(shí)施方案中，第一生物聚合物阻擋層和第二生物聚合物阻擋層可以各自具有約0. 5g/m2以下的干涂層重量。另外，生物聚合物阻擋層可以包括具有不同的干涂層重量的第一和第二生物聚合物阻擋層。例如，第一生物聚合物阻擋層可以具有約2g/m2的干涂層重量，而第二生物聚合物阻擋層可以具有約0. 5g/m2的干涂層重量。其它的干涂層重量組合也是可以的。如以上討論的，可以將本公開(kāi)內(nèi)容的多層涂層的第一和第二涂布組合物涂敷在紙板上，以提供各種厚度和/或干涂層重量。因而，例如，多層涂層可以具有10g/m2以下的總干涂層重量，其中可以涂敷第一水蒸氣阻擋層以產(chǎn)生3g/m2以下的干涂層重量，可以涂敷第一生物聚合物阻擋層以產(chǎn)生2g/m2以下的干涂層重量，可以涂敷第二生物聚合物阻擋層以產(chǎn)生2g/m2以下的干涂層重量，并且可以涂敷第二水蒸氣阻擋層以產(chǎn)生3g/m2以下的干涂層重量。在一個(gè)備選實(shí)施方案中，可以涂敷第一涂布組合物以產(chǎn)生具有3g/m2以下的干涂層重量的第一水蒸氣阻擋層，可以作為單層涂敷第二涂布組合物以產(chǎn)生具有4g/m2以下的干涂層重量的生物聚合物阻擋層，并且可以涂敷第一涂布組合物以產(chǎn)生具有3g/m2以下的干涂層重量的第二水蒸氣阻擋層。與現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方案不同，本公開(kāi)內(nèi)容的多層涂層包括可以提供OGR性質(zhì)和氧阻擋性質(zhì)的薄的生物聚合物阻擋層，其中在將紙板暴露于機(jī)械應(yīng)力以后可以保持OGR性質(zhì)。例如，如在本文中更充分地討論的，紙板上的干燥涂層可以提供平面抗油脂等級(jí)數(shù)(KitRating Number)為12的OGR阻擋性。如在本文中討論的，抗油脂等級(jí)數(shù)是提供用于指示表面(例如，涂布紙板的干燥涂層的表面)對(duì)于由一系列的進(jìn)攻性逐漸增大的試劑所致的滲透的抵抗性有多好的量度。本公開(kāi)內(nèi)容的多層涂層在23攝氏度(°C )，760毫米汞柱(mmHg)和50%相對(duì)濕度還可以提供每天不大于100立方厘米/平方米(cm7m2)的氧滲透率。這些結(jié)果在本文中在實(shí)施例部分更全面地討論。另外，可以使用熱油圓測(cè)試(Hot Oil Circle Test)來(lái)說(shuō)明在將涂布紙板暴露于機(jī)械應(yīng)力以后，本公開(kāi)內(nèi)容的多層涂層可以阻止低芥酸菜子油(canola oil)在60°C歷時(shí) 24小時(shí)滲透通過(guò)多層涂層并且進(jìn)入到紙板中。如在本文中討論的，熱油圓測(cè)試是用于評(píng)價(jià)紙涂層的耐熱油性的方法。如在本文中討論的，水蒸氣阻擋層(例如，第一和第二水蒸氣阻擋層)可以包圍生物聚合物阻擋層并且保護(hù)生物聚合物阻擋層和紙板免受水滲透。對(duì)于各種實(shí)施方案，水蒸氣阻擋層可以由膠乳和乳化劑形成。對(duì)于各種實(shí)施方案，膠乳可以以在水蒸氣阻擋層的約 30%至約100%的總重量的范圍內(nèi)的量存在于水蒸氣阻擋層中。對(duì)于各種實(shí)施方案，乳化劑可以以在基于每100干重量份的膠乳的約0. 1至約2. 5重量份范圍內(nèi)存在于水蒸氣阻擋層中。對(duì)于各種實(shí)施方案，優(yōu)選的是在沒(méi)有粘性或發(fā)粘的情況下提供良好成膜的膠乳。 用于第一涂布組合物的這種膠乳的實(shí)例可以選自由下列各項(xiàng)組成的組中苯乙烯-丁二烯膠乳，苯乙烯-丙烯酸酯膠乳，苯乙烯-丙烯酸膠乳，苯乙烯馬來(lái)酸酐，苯乙烯-丁二烯丙烯腈膠乳，苯乙烯-丙烯酸酯-乙烯基丙烯腈膠乳，乙酸乙烯酯膠乳，乙酸乙烯酯-丙烯酸丁酯膠乳，乙酸乙烯酯-乙烯膠乳，丙烯酸膠乳，乙酸乙烯酯-丙烯酸酯膠乳，丙烯酸酯共聚物，含亞乙烯基的膠乳，含偏二氯乙烯/氯乙烯的膠乳，和它們的混合物。以上膠乳的若干種的羧酸基化形式也是可以的，其中所述膠乳通過(guò)將單體與羧酸諸如，例如丙烯酸，甲基丙烯酸，衣康酸，馬來(lái)酸，富馬酸等共聚而制備。用于第一涂布組合物中的其它可能的膠乳還可以包括在美國(guó)專(zhuān)利4，468，498和6，896，905中所述的那些膠乳，所述美國(guó)專(zhuān)利通過(guò)引用結(jié)合在此。除上述膠乳以外，用于形成水蒸氣阻擋層的第一涂布組合物可以包括多糖，蛋白， 聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇，聚乙酸乙烯酯，纖維素和纖維素衍生物，環(huán)氧丙烯酸酯，聚酯， 聚酯丙烯酸酯，聚氨酯，聚醚丙烯酸酯，含油樹(shù)脂，硝基纖維素，聚酰胺，乙烯基共聚物，聚丙烯酸酯的各種形式，和乙酸乙烯酯、(甲基)丙烯酸和叔羧酸乙烯酯(vinyl versatate)的共聚物。此外，本公開(kāi)內(nèi)容的涂布組合物還可以包含選自熱塑性樹(shù)脂的組中的至少一種或多種基礎(chǔ)聚合物，所述熱塑性樹(shù)脂包括α -烯烴例如乙烯，丙烯，1- 丁烯，3-甲基-1- 丁燒，4-甲基-1-戊烯，3-甲基-1-戊烯，1-庚烯，1-己烯，1-辛烯，1-癸烯和1-十二烯的均聚物和共聚物(包括彈性體)，其典型表示為聚乙烯，聚丙烯，聚-1-丁烯，聚-3-甲基-1-丁烯，聚-3-甲基-1-戊烯，聚-4-甲基-1-戊烯，乙烯-丙烯共聚物，乙烯-1- 丁烷共聚物， 和丙烯-1- 丁烯共聚物；α -烯烴與共軛或非共軛二烯的共聚物(包括彈性體)，其典型表示為乙烯-丁二烯共聚物和乙烯-亞乙基降冰片烯共聚物；和聚烯烴(包括彈性體)，例如兩種以上的I α -烯烴與共軛或非共軛二烯的共聚物，其典型表示為乙烯-丙烯-丁二烯共聚物，乙烯-丙烯-二環(huán)戊二烯共聚物，乙烯-丙烯-1，5-己二烯共聚物，和乙烯-丙烯亞乙基降冰片烯共聚物；乙烯-乙烯基化合物共聚物，例如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，乙烯-乙烯基醇共聚物，乙烯-氯乙烯共聚物，乙烯丙烯酸或乙烯_(甲基)丙烯酸共聚物，和乙烯_(甲基)丙烯酸酯共聚物；苯乙烯類(lèi)共聚物(包括彈性體)，例如聚苯乙烯，ABS，丙烯腈-苯乙烯共聚物，ot-甲基苯乙烯(methylsryrene)-苯乙烯共聚物；和苯乙烯嵌段共聚物(包括彈性體)，例如苯乙烯-丁二烯共聚物和它們的水合物，和苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物；聚乙烯基化合物，例如聚氯乙烯，聚偏二氯乙烯，氯乙烯偏二氯乙烯共聚物，聚丙烯酸甲酯，和聚甲基丙烯酸甲酯；聚酰胺，例如尼龍6，尼龍6，6，和尼龍12;熱塑性聚酯，例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯；聚碳酸酯，聚苯醚等。這些樹(shù)脂可以單獨(dú)使用或以兩種以上的組合使用。另外，還可以使用烯烴嵌段共聚物作為基礎(chǔ)聚合物，所述烯烴嵌段共聚物例如為在國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)WO 2005/090427和美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)11/376,835中所述的那些烯烴嵌段共聚物。如在本文中使用的，術(shù)語(yǔ)“共聚物”是指由兩種以上的共聚單體形成的聚合物。在具體的實(shí)施方案中，聚烯烴如聚丙烯，聚乙烯，它們的共聚物，和它們的共混物， 以及乙烯-丙烯-二烯三元共聚物可以是在涂布組合物中包含的基礎(chǔ)聚合物。涂布組合物還可以包含至少一種或多種穩(wěn)定劑和用于形成涂布組合物的流體介質(zhì)。對(duì)于各種實(shí)施方案，在用于形成水蒸氣阻擋層的第一涂布組合物中包含的乳化劑可以是陰離子乳化劑。合適的陰離子乳化劑包括烷基芳基磺酸鹽，堿金屬烷基硫酸鹽，磺化烷基酯和脂肪酸皂。具體實(shí)例包括十二烷基苯磺酸鈉，丁基萘磺酸鈉，月桂基硫酸鈉，十二烷基二苯基醚二磺酸二鈉，N-十八烷基磺基琥珀酸鹽和二辛基磺基琥珀酸鈉。乳化劑還可以是非離子的。合適的非離子乳化劑包括聚氧乙烯縮合物?？梢允褂玫氖纠跃垩跻蚁┛s合物包括聚氧乙烯脂族醚，例如聚氧乙烯月桂基醚和聚氧乙烯油基醚；聚氧乙烯烷芳基醚，例如聚氧乙烯壬基苯酚醚和聚氧乙烯辛基苯酚醚；高級(jí)脂肪酸的聚氧乙烯酯，例如聚氧乙烯月桂酸酯和聚氧乙烯油酸酯，以及環(huán)氧乙烷與樹(shù)脂酸和妥爾油酸的縮合物；聚氧乙烯酰胺和胺縮合物，例如N-聚氧乙烯月桂酰胺和N-月桂基-N-聚氧乙烯胺等；和聚氧乙烯硫醚，例如聚氧乙烯正十二烷基硫醚。各種保護(hù)性膠體也可以在用于形成水蒸氣阻擋層的第一涂布組合物中代替乳化劑或穩(wěn)定劑使用。合適的膠體包括酪蛋白，羥乙基淀粉，羧乙基纖維素，羧甲基纖維素，羥乙基纖維素，阿拉伯樹(shù)膠，藻酸鹽，聚(乙烯醇)，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸酯，苯乙烯-馬來(lái)酸酐共聚物，聚乙烯吡咯烷酮，聚丙烯酰胺，聚醚等，如乳液聚合技術(shù)的現(xiàn)有技術(shù)中已知的。 通常，當(dāng)使用時(shí)，這些膠體基于乳液聚合反應(yīng)器內(nèi)容物的總重量以0. 05重量％至10重量％ 的含量使用。水蒸氣阻擋層還可以包含顏料，其中第一水蒸氣阻擋層和第二水蒸氣阻擋層中的每一個(gè)可以具有相對(duì)于每100干重量份的膠乳為約0至約100重量份的顏料。對(duì)于各種實(shí)施方案，在水蒸氣阻擋層中使用的顏料可以選自由下列各項(xiàng)組成的組中粘土，煅燒粘土， 剝落的天然層狀硅酸鹽，部分剝落的天然層狀硅酸鹽，剝落的合成層狀硅酸鹽，部分剝落的合成層狀硅酸鹽，研磨碳酸鈣，沉淀碳酸鈣，硫酸鈣，氫氧化鋁，霰石，硫酸鋇白云石，氫氧化鎂，碳酸鎂，菱鎂礦二氧化鈦(例如，金紅石和/或銳鈦礦)，緞光白，氧化鋅，二氧化硅，三水合氧化鋁，云母，硅藻土，霰石，方解石，六方碳鈣石，滑石和它們的混合物。此外，塑性顏料可以存在于涂布組合物中。塑性顏料的實(shí)例為聚苯乙烯膠乳，其中聚苯乙烯的量是所述塑性顏料的總重量的約70%至約100%。在一些實(shí)施方案中，在水蒸氣阻擋層中使用的顏料可以是粘土。粘土的包含可以特別起到改進(jìn)阻擋性質(zhì)，減小堵塞，并且降低用于水蒸氣阻擋層的涂布組合物的總成本的作用。來(lái)自向水蒸氣阻擋層中加入粘土的可能效果包括但不限于在水蒸氣阻擋層的表面上的密封效果，水蒸氣阻擋層中的可滲透材料部分的減少，和/或增加水蒸氣分子的擴(kuò)散路徑，從而延遲它們滲透通過(guò)水蒸氣阻擋層。此外，水蒸氣阻擋層可以含有其它添加劑，例如交聯(lián)劑，蠟，分散劑和/或增塑劑，以增強(qiáng)阻擋性質(zhì)，再循環(huán)性或撓性。如在本文中討論的，多層涂層的生物聚合物阻擋層可以提供良好的OGR性質(zhì)和氧阻擋性質(zhì)。對(duì)于各種實(shí)施方案，本公開(kāi)內(nèi)容的生物聚合物阻擋層可以尤其包含生物聚合物， 增塑劑和顏料。如在本文中討論的，由于生物聚合物可以形成脆的涂層，因此現(xiàn)有技術(shù)中的涂層包含了大量的增塑劑以增加生物聚合物阻擋層的撓性。相反，本公開(kāi)內(nèi)容的生物聚合物阻擋層包括相對(duì)少量的增塑劑，同時(shí)仍對(duì)生物聚合物阻擋層提供足夠的撓性，以防止紙板在經(jīng)受機(jī)械應(yīng)力時(shí)破裂。對(duì)于各種實(shí)施方案，增塑劑可以以相對(duì)于每100干重量份的生物聚合物在約2. 5 至約50重量份范圍內(nèi)存在于生物聚合物阻擋層中。對(duì)于各種實(shí)施方案，在本公開(kāi)內(nèi)容的生物聚合物阻擋層中使用的增塑劑可以是乙烯丙烯酸共聚物。合適的增塑劑的實(shí)例包括分子量在約50至約40，000范圍內(nèi)的那些增塑劑。對(duì)于各種實(shí)施方案，生物聚合物可以以生物聚合物阻擋層的總重量的約50%至約 100%的量存在于生物聚合物阻擋層中。對(duì)于各種實(shí)施方案，在本公開(kāi)內(nèi)容的生物聚合物阻擋層中使用的生物聚合物可以是淀粉。備選地，生物聚合物可以選自包括下列各項(xiàng)的組中 淀粉，改性淀粉，脫乙酰殼多糖，多糖，蛋白，明膠，生物聚酯和它們的變體和混合物。如在本文中使用的，改性淀粉包括已經(jīng)在結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)方面經(jīng)改性從而與改性之前的淀粉在結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)方面不同的淀粉。在各種實(shí)施方案中，在生物聚合物阻擋層中包含的顏料可以選自由下列各項(xiàng)組成的組中粘土，煅燒粘土，剝落的天然層狀硅酸鹽，部分剝落的天然層狀硅酸鹽，剝落的合成層狀硅酸鹽，部分剝落的合成層狀硅酸鹽，研磨碳酸鈣，沉淀碳酸鈣，硫酸鈣，氫氧化鋁，霰石，硫酸鋇白云石，氫氧化鎂，碳酸鎂，菱鎂礦二氧化鈦(例如，金紅石和/或銳鈦礦)，緞光白，氧化鋅，二氧化硅，三水合氧化鋁，云母，硅藻土，霰石，方解石，六方碳鈣石，滑石和它們的混合物。此外，塑性顏料可以存在于涂布組合物中。塑性顏料的實(shí)例為聚苯乙烯膠乳，其中聚苯乙烯的量是所述塑性顏料的總重量的約70%至約100%。如在本文中討論的，在一些實(shí)施方案中，在生物聚合物阻擋層的第二涂布組合物中使用的顏料可以是粘土。在這樣的實(shí)施方案中，粘土可以具有97%比2微米(μπι)小的平均粒度，約30的長(zhǎng)寬比，和約20m2/g的比表面積。在一些實(shí)施方案中，長(zhǎng)寬比可以在約30 至約50的范圍內(nèi)。另外，粘土可以具有高達(dá)約330m2/g的比表面積。在另外的實(shí)施方案中， 顏料的長(zhǎng)寬比可以大于30，同時(shí)仍具有小得足以提供高達(dá)約330m2/g的比表面積的尺寸。在一些實(shí)施方案中，顏料可以以相對(duì)于每100干重量份的生物聚合物為約10至約 100重量份的量存在于生物聚合物阻擋層中。在一些實(shí)施方案中，第一和第二涂布組合物可以任選包含用于增強(qiáng)和/或產(chǎn)生所需涂層流變性質(zhì)和/或最終涂層性質(zhì)的另外的組分(或者以懸浮液形式，或者溶解在其中)。這樣的另外的組分可以包括但不限于粘合劑，分散劑，保護(hù)性膠體，用于膠體的溶劑， 螯合劑，增稠劑，保濕劑，潤(rùn)滑劑，表面活性劑，濕潤(rùn)劑，交聯(lián)劑，消泡劑等。另外，在第一和第二涂布組合物中任選包含的表面活性劑，濕潤(rùn)劑，消泡劑，分散劑和/或均化劑可以是陰離子的，陽(yáng)離子的和/或非離子的。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，加入到第一和/或第二涂布組合物中的表面活性劑，濕潤(rùn)劑，消泡劑，分散劑和/或均化劑的量和數(shù)目將取決于所選擇的一種或多種具體化合物，但是應(yīng)當(dāng)限于用于在不危及干燥涂層的性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)基底的潤(rùn)濕所必需的量。例如，在一些實(shí)施方案中，表面活性劑量可以小于或等于第一涂布組合物或第二涂布組合物的約10重量％。本公開(kāi)內(nèi)容的多層涂層可以用作涂布紙板上的至少一個(gè)涂層。例如，本公開(kāi)內(nèi)容的多層涂層可以用作紙板上的僅有涂層。在另外的實(shí)施方案中，本公開(kāi)內(nèi)容的多層涂層可以用作涂布紙板的底涂層、頂涂層中的一個(gè)，和/或底涂層和頂涂層之間的一個(gè)或多個(gè)中間涂層。因此，本公開(kāi)內(nèi)容的多層涂層可以與能夠增強(qiáng)和/或產(chǎn)生所需涂層性質(zhì)的其它層結(jié)合。如在本文中討論的，本公開(kāi)內(nèi)容的多層結(jié)構(gòu)可以用于要求阻擋性質(zhì)，諸如，例如食品包裝中的水阻擋性和/或水分阻擋性的紙和/或非紙涂層應(yīng)用。實(shí)施例本公開(kāi)內(nèi)容的各個(gè)方面由下列實(shí)施例舉例說(shuō)明，但是不受其限制。應(yīng)當(dāng)理解，具體的實(shí)施例，材料，量和程序應(yīng)當(dāng)根據(jù)如本文中闡述的公開(kāi)內(nèi)容的范圍寬泛地解釋。除非另外指出，所有的份和百分?jǐn)?shù)都是按重量計(jì)，并且所有的分子量都是數(shù)均分子量。除非另外規(guī)定，所有的儀器和化學(xué)品都是可商購(gòu)的，如本文中指出的。下列材料用于實(shí)施例中。粘土 Contour Xtreme粘土(紙用herys顏料)，具有97% < 2 μ m的平均粒度， 和約30的長(zhǎng)寬比，以及約20平方米/克(m2/g)的比表面積。淀粉=Perlcoat155 淀粉(Lyckeby Starkelsen Group，瑞典公司)。增塑劑TecsealE799-35 (Trueb Emulsions Chemie AG，瑞士)。膠乳DL 930(陶氏化學(xué)公司(The Dow Chemical Company), Midland MI, USA乳化齊[J :Emulsogen SF 8 (Clairant Chemical Company)。紙基基底具有較高撓性的涂布天然牛皮紙紙板，具有340 μ m的厚度和3. 5 μ m的 PPS粗糙度。使用的油為低芥酸菜子油。除非另外指出，關(guān)于實(shí)施例的所有測(cè)量和程序都在約23攝氏度(°C )的室溫進(jìn)行。涂布組合物和涂布紙基基底水蒸氣阻擋層涂布組合物Fl的制備通過(guò)下列方法制備水蒸氣阻擋層涂布組合物將0. 5克(g)干重的Emulsogen SF 8(約50%固體)和IOOg干重的DL 930膠乳(約50%固體)合并。此涂布組合物在下表中稱(chēng)為Fl。生物聚合物阻擋層涂布組合物F2的制備通過(guò)下列方法制備生物聚合物阻擋層涂布組合物將IOOg干重的Contour Xtreme 粘土(約 68· 4% 固體)，IOOg 干重的 Perlcoat I55 淀粉(約 32.0% 固體)和 2. 5g干重的Tecseal E799-35 (約35. 0%固體)合并。此涂布組合物在下表中稱(chēng)為F2。牛物聚合物阻擋層涂布組合物F3的制備用IOOg干重的Perlcoat 155淀粉(約32. 0 %固體)和2. 5g干重的Tecseal E799-35(約35.0%固體)制備生物聚合物阻擋層涂布組合物。此涂布組合物在下表中稱(chēng)為F3。水蒸氣阻擋層涂布組合物F4的制備通過(guò)下列方法制備水蒸氣阻擋層涂布組合物將IOOg干重的Contour Xtreme粘土(約68. 4%固體)，IOOg干重的DL 930膠乳(約50%膠乳)和0. 50g干重的Emulsogen SF8(約50%固體)合并。此涂布組合物在下表中稱(chēng)為F4。^ MMm^ W對(duì)于下列實(shí)施例，將涂布組合物涂布在涂布天然牛皮紙紙板(紙基底)的表面上， 以形成“涂布原紙”。將實(shí)驗(yàn)室多層幕涂(Multi Layer Curtain Coating) (MLCC)站涂布機(jī)用于涂布，并且進(jìn)行調(diào)節(jié)以獲得每一個(gè)樣品的期望的干涂層重量。該實(shí)驗(yàn)室MLCC站涂布機(jī)具有一 8層滑動(dòng)模頭，100至2000米/分鐘(m/min)的速度，280毫米(mm)的寬度，和用于干燥的紅外線(IR)和翼片(airfoils)。樣品1-7的制備每一個(gè)涂布原紙的樣品由紙基底，下層，兩個(gè)中間層和頂層或涂層組成。下層和頂層使用水蒸氣阻擋層涂布組合物Fl形成，而中間層使用生物聚合物阻擋層組成物F2形成。 下層對(duì)應(yīng)第一水蒸氣阻擋層，一個(gè)或多個(gè)中間層對(duì)應(yīng)生物聚合物阻擋層(例如，第一和第二生物聚合物阻擋層，或單個(gè)生物聚合物阻擋層)，而上層對(duì)應(yīng)第二水蒸氣阻擋層。在實(shí)施例中，用于形成所述層的涂布組合物保持不變，而各個(gè)層的干涂層重量改變。用實(shí)驗(yàn)室MLCC 站涂布機(jī)涂布樣品。樣品1表1 樣品1，其具有各自為3g/m2的生物聚合物阻擋層和5g/m2的水蒸氣阻擋層
組合物FlF2F2Fl樣品名稱(chēng)樣品1層下層中間層中間層頂層Contour Xtreme 粘土IOOgIOOgPerlcoat 155 淀粉IOOgIOOgTecseal E799-352.5 g2.5 gDL 930IOOgIOOgEmulsogen SF 80.5 g0.5 g干涂層重量 (g/m2)5335樣品 2
表2 樣品2，其具有3g/m2的生物聚合物阻擋層，以及具有處于5g/m2的下層和處于10g/m2的頂層的水蒸氣阻擋層的變化
權(quán)利要求
1.一種涂布紙或紙板，所述涂布紙或紙板包括原紙，所述原紙具有第一主表面；多層涂層，所述多層涂層在所述第一主表面上，具有10g/m2以下的總干涂層重量，其中所述多層涂層包括用膠乳形成的第一水蒸氣阻擋層；在所述第一水蒸氣阻擋層上的生物聚合物阻擋層，所述生物聚合物阻擋層具有4g/m2 以下的總干涂層重量；和在所述生物聚合物阻擋層上的第二水蒸氣阻擋層，其中所述第二水蒸氣阻擋層用膠乳形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂布紙或紙板，其中所述生物聚合物阻擋層包含生物聚合物；相對(duì)于每100干重量份的生物聚合物為約2. 5至約50重量份的增塑劑；和相對(duì)于每100干重量份的生物聚合物為約10至約100重量份的顏料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的涂布紙或紙板，其中所述生物聚合物選自由下列各項(xiàng)組成的組中淀粉，改性淀粉，脫乙酰殼多糖，多糖，蛋白，明膠，生物聚酯和它們的變體和混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的涂布紙或紙板，其中所述顏料選自由下列各項(xiàng)組成的組中 粘土，剝落的天然層狀硅酸鹽，部分剝落的天然層狀硅酸鹽，剝落的合成層狀硅酸鹽，部分剝落的合成層狀硅酸鹽，碳酸鈣，滑石和它們的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的涂布紙或紙板，其中所述增塑劑為乙烯丙烯酸共聚物。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的涂布紙或紙板，其中所述生物聚合物阻擋層包括在所述第一水阻擋層上的第一生物聚合物阻擋層以及在所述第一生物聚合物阻擋層上的第二生物聚合物阻擋層，使得所述第一生物聚合物阻擋層和所述第二生物聚合物阻擋層介于所述第一阻擋層和所述第二阻擋層之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的涂布紙或紙板，其中所述第一生物聚合物阻擋層和所述第二生物聚合物阻擋層中的每一個(gè)具有2g/m2以下的干涂層重量。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的涂布紙或紙板，其中所述第一水蒸氣阻擋層和所述第二水蒸氣阻擋層具有6g/m2以下的合并干涂層重量。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的涂布紙或紙板，其中所述涂布紙或紙板在23°C， 760mmHg和50%相對(duì)濕度具有不高于IOOcm3/(m2XM小時(shí))的氧滲透率。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的涂布紙或紙板，其中所述涂布紙或紙板的所述多層涂層在彎折和折疊以后阻止低芥酸菜子油在60°C歷時(shí)M小時(shí)滲透通過(guò)所述多層涂層和所述原紙。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的涂布紙或紙板，其中所述涂布紙或紙板具有至少12的抗油脂等級(jí)數(shù)。
12.—種形成涂布紙或紙板的方法，所述方法包括同時(shí)地將多層涂層涂敷到原紙的第一主表面上，其中所述多層涂層包括第一水蒸氣阻擋層和第二水蒸氣阻擋層，其中所述第一水蒸氣阻擋層和所述第二水蒸氣阻擋層中的每一個(gè)由用膠乳形成的第一涂布組合物形成；至少一個(gè)生物聚合物阻擋層，其中所述至少一個(gè)生物聚合物阻擋層中的每一個(gè)由第二涂布組合物形成，所述第二涂布組合物包含 生物聚合物；相對(duì)于每100干重量份的生物聚合物為約2. 5至約50重量份的增塑劑；和相對(duì)于每100干重量份的生物聚合物為約10至約100重量份的顏料； 其中所述至少一個(gè)生物聚合物阻擋層位于所述第一和第二阻擋層之間；并且干燥在所述原紙的所述第一主表面上的所述多層涂層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中同時(shí)地涂敷多層涂層包括涂敷所述第一和第二水蒸氣阻擋層以及至少一個(gè)生物聚合物阻擋層，以形成具有10g/m2以下的總干涂層重量的所述多層涂層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中同時(shí)地涂敷多層涂層包括涂敷至少一個(gè)生物聚合物阻擋層，以形成具有4g/m2以下的涂層重量的生物聚合物阻擋層。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中同時(shí)地涂敷多層涂層包括涂敷所述第一和第二水蒸氣阻擋層中的每一個(gè)，以形成具有3g/m2以下的涂層重量的所述第一阻擋層，并且形成具有3g/m2以下的涂層重量的所述第二水蒸氣阻擋層。
全文摘要
實(shí)施方案包括具有多層涂層的涂布紙或紙板以及形成具有多層涂層的涂布紙或紙板的方法。多層涂層包括第一水蒸氣阻擋層，生物聚合物阻擋層和第二水蒸氣阻擋層，并且提供具有改進(jìn)的油和油脂抵抗性質(zhì)，氧阻擋性質(zhì)和水蒸氣阻擋性質(zhì)的紙板。
文檔編號(hào)D21H19/82GK102177296SQ200980140295
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2009年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者朱莉婭·F·哈特曼, 約科·T·維厄呂克 申請(qǐng)人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司