專利名稱：快速膜形成水基屏障涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新穎的組合物，其用于以非?？焖俚墓袒俣仍跓o需熱能的情況下形成連續(xù)且粘性的膜，所述膜提供抗水性、抗脂性和抗油性、疏水性、抗水蒸汽性，所述膜將用作蠟替代處理及用于軟包裝的外涂層。本發(fā)明還涉及由這種涂層的材料形成的包裝、容器(container)、食品包裝、接收器(receptacle)等。本發(fā)明也涉及用于制備這些的方法。本發(fā)明還涉及表面處理，其中所述表面例如是金屬、織物、木材、水泥以及相關(guān)的建筑產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
水基屏障涂層應(yīng)用于紙張和紙板時含有必須除去的水以形成連續(xù)膜。連續(xù)膜的質(zhì)量(無瑕疵)對實現(xiàn)最理想的屏障性能非常重要。干燥過程通常除去水。通常干燥過程是其中向液體提供熱量以使水蒸發(fā)的熱過程(傳導、對流、輻射)。干燥條件是影響涂層性能的最重要的因素之一。質(zhì)量問題例如氣泡、水泡、針孔或裂縫可能在不適當?shù)母稍飾l件下產(chǎn)生。生產(chǎn)條件必須適應(yīng)機器的類型、所使用的涂層和涂層量。干燥的成本占加工成本的主要部分，并且隨著能源成本增加，干燥效率變得越來
越重要。因此，考慮到能源環(huán)境和石油資源時，能夠用水基屏障涂層涂覆紙張而無需熱量或干燥機，但仍具有高速的涂覆速度將是有益的。發(fā)明簡沭本發(fā)明試圖提供一種組合物，其含有聚合物組合物，使得迅速形成干燥膜。本發(fā)明還試圖提供將抗水蒸汽性、抗油性和抗脂性賦予材料的方法。進一步，本發(fā)明試圖提供組合物形成涂層或膜的用途。更進一步，本發(fā)明試圖提供具有膜涂層的基質(zhì)材料。本發(fā)明的一方面涉及一種組合物，當其與聚合物組合物混合時，能夠用于形成一種連續(xù)和粘性的膜。該膜的特征在于，它提供抗水、抗脂和抗油性、提供水蒸汽屏障，并且可以用作蠟替代處理及用于軟包裝的外涂層，但也可以用于其他基質(zhì)上。該膜以非?？斓墓袒俣仍诓恍枰獰崮艿那闆r下形成。本發(fā)明的另一方面涉及以下物質(zhì)的用途i)肉豆蘧酸、棕櫚酸和硬脂酸的一種或多種的鹽；和ii)a)聚乙烯醇和b)金屬離子的C9-C18脂肪酸絡(luò)合物的至少一種，所述金屬離子具有至少為3的氧化態(tài)。所述鹽和所述聚乙烯醇和/或脂肪酸絡(luò)合物可以單獨加入上述聚合物組合物中，或作為分散體的部分加入上述聚合物組合物中。因此，本發(fā)明的另一方面涉及催化組合物，其含有i)肉豆蘧酸、棕櫚酸和硬脂酸的一種或多種的金屬鹽；和ii)a)聚乙烯醇和b)金屬離子的C9-CliJg肪酸絡(luò)合物的至少一種，所述金屬離子具有至少為3的氧化態(tài)。、
本發(fā)明的另一個方面涉及用于形成膜的水基聚合物組合物，其含有i)肉豆蘧酸、棕櫚酸和硬脂酸的一種或多種的二元鹽；ii)a)聚乙烯醇和b)金屬離子的C9-CliJg肪酸絡(luò)合物的至少一種，所述金屬離子具有至少為3的氧化態(tài)；和iii)聚合物組合物，其含有聚合物、共聚物或者聚合物或共聚物的混合物。本發(fā)明的另一個方面涉及預(yù)混合組合物，其含有以下任意兩種i)肉豆蘧酸、棕櫚酸和硬脂酸的一種或多種的二元鹽；ii)a)聚乙烯醇和b)金屬離子的C9-C18脂肪酸絡(luò)合物的至少一種，所述金屬離子具有至少為3的氧化態(tài)；和iii)聚合物組合物，其含有聚合物、共聚物或者聚合物或共聚物的混合物。本發(fā)明的又一方面涉及基質(zhì)，其具有用本發(fā)明的聚合物組合物形成的膜涂覆的表面。 本發(fā)明還涉及纖維素基表面，其含有由本發(fā)明的聚合物膜形成組合物形成的膜。本發(fā)明還涉及金屬表面，其含有由本發(fā)明的聚合物膜形成組合物形成的膜。本發(fā)明還涉及織物，其含有由本發(fā)明的聚合物膜形成組合物形成的膜。本發(fā)明還涉及玻璃，其含有由本發(fā)明的聚合物膜形成組合物形成的膜。本發(fā)明還涉及用于涂覆表面的方法，包括使用水基聚合物組合物而無需使用熱能或微波能。本發(fā)明的一個實施方式提供了一種涂層薄片材料，其是容易生物降解的，并且是可循環(huán)的和再生的，這是由于所使用組分的種類。本發(fā)明提供涂層的薄片材料，例如纖維素基材料(包括牛皮紙)，其是抗脂和油滲透的，而且也是抗水氣滲透的。因此，本發(fā)明的實施方式涉及用于食材、冷凍食品的容器和包裝，如可烘烤容器、如食品包裝紙、如容器和儲存容器。本發(fā)明的另一個方面是提供一種上述組合物i)和iii)，用于形成本發(fā)明的膜涂層。發(fā)明詳述本發(fā)明涉及水基無蠟涂層，其以非?？斓乃俣仍跓o需另外的熱量的情況下形成膜。其提供優(yōu)異的抗水性(不剝落)、抗脂和抗油性以及良好的水蒸氣屏障性能。功能性涂層的成功通常依賴于具有均勻的涂層。對屏障性能而言，連續(xù)膜(無瑕疵)尤其重要。涂層中形成膜包括從液態(tài)到固態(tài)的變化。這是由于水的蒸發(fā)和分散體顆粒的并合而完成的。聚合物起初以由連續(xù)水相分離的離散的球存在。水通過蒸發(fā)和通過滲入多孔的基質(zhì)除去。隨著濃度增加，聚合物顆粒移動而靠得更近。在這種特定的情況下，水由基質(zhì)快速吸收，以至于球或顆粒被迫形成更緊密的接觸。最后，球變得緊靠因而致密，以至于它們之間的間距產(chǎn)生毛細作用力。由于緊密堆積的出現(xiàn)，水的毛細作用力將球或顆粒拉到一起以形成連續(xù)且粘性的膜。膜形成的簡易性取決于聚合物的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(通常被稱為Tg)、粒徑、配方組成和干燥過程中所達到的溫度。本發(fā)明涉及一種完全不同的方法，其中鹽例如硬脂酸鈣影響膜形成的速率。通過降低最小膜形成溫度，鹽例如硬脂酸鈣用作聚結(jié)劑。鹽例如硬脂酸鈣也用作乳化劑并降低混合物的表面張力；這使得涂層徹底潤濕表面，且存在于涂層中的水通過滲透入多孔紙基質(zhì)而迅速除去。
聚乙烯醇或金屬 離子例如鉻的脂肪酸絡(luò)合物，或聚乙烯醇和脂肪酸絡(luò)合物兩者的存在提高膜形成的速率，同時有助于得到更好的膜性質(zhì)，包括抗脫離性、疏水性、抗水性、抗水蒸汽性、抗脂性和抗油性。因此，本發(fā)明的水基屏障涂層迅速形成連續(xù)且粘性的無瑕疵膜而無需熱量。這種新穎的水基屏障涂層組合物的快速凝固干燥膜形成概念使得屏障涂層技術(shù)得以延伸其應(yīng)用至熱源不足或缺乏的非常規(guī)設(shè)備，例如施膠壓榨涂布機、噴霧涂布機、幕簾式涂布機和彈性凸版(flexo) ο術(shù)語催化組合物在本發(fā)明中指以下成分的預(yù)混合物i)肉豆蘧酸、棕櫚酸和硬脂酸的一種或多種的鹽；ii)a)聚乙烯醇和b)金屬離子的C9-C1Jg肪酸絡(luò)合物中的至少一種，所述金屬離子具有至少為3的氧化態(tài)。術(shù)語聚合物膜形成組合物在本發(fā)明中指一種組合物，包含i)肉豆蘧酸、棕櫚酸和硬脂酸的一種或多種的鹽；ii)a)聚乙烯醇和b)金屬離子的C9-CliJg肪酸絡(luò)合物中的至少一種，所述金屬離子具有至少為3的氧化態(tài)；和iii)聚合物組合物，其含有聚合物、共聚物或者聚合物或共聚物的混合物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將本發(fā)明的聚合物膜形成組合物曝露于空氣將導致組合物形成膜，例如在其表面形成膜。因此，本發(fā)明的一方面涉及含有以下不超過兩種的預(yù)混合物i)肉豆蘧酸、棕櫚酸和硬脂酸的一種或多種的鹽；ii)金屬離子的C9-C18脂肪酸絡(luò)合物，所述金屬離子具有至少為3的氧化態(tài)jPiii)聚合物組合物，其含有聚合物、共聚物或者聚合物或共聚物的混合物。肉豆蘧酸、棕櫚酸和硬脂酸的一種或多種的鹽通常是這些酸的二元金屬鹽，且其可以選自，例如，硬脂酸鈉、硬脂酸鉀、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅；肉豆蘧酸鈉、肉豆蘧酸鉀、肉豆蘧酸鈣或肉豆蘧酸鋅；棕櫚酸鈉、棕櫚酸鉀、棕櫚酸鈣和棕櫚酸鋅。所述鹽可以是乳液、分散體的形式，或處于無溶劑狀態(tài)。在合適的實施方式中，肉豆蘧酸、棕櫚酸和硬脂酸的一種或多種的鹽是硬脂酸的金屬鹽，即金屬硬脂酸鹽。更典型地，金屬硬脂酸鹽是硬脂酸的二元金屬鹽，例如硬脂酸鈉、硬脂酸鈣、硬脂酸鋰或硬脂酸鋅。硬脂酸鈣或硬脂酸鋅分散體以Devflo 50LPH、Devflo 50C和Devflo 40 RH的商標商業(yè)銷售。商用的硬脂酸鹽分散體或者乳液，例如來自BASF或Rohm & Haas的那些，也很適合。金屬離子的C9-C18脂肪酸絡(luò)合物(所述金屬離子具有至少為3的氧化態(tài))是催化組合物和聚合物膜形成組合物的優(yōu)選組分。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Quilon 脂肪酸金屬絡(luò)合物特別合適。其他合適的釋放涂層材料包括，例如，鐵(+3)-脂肪酸絡(luò)合物和鈦(+4)-脂肪酸絡(luò)合物。用脂肪酸的三價金屬絡(luò)合物，例如上述的那些，已經(jīng)獲得了良好的結(jié)果。因此，金屬離子的C9-C18脂肪酸絡(luò)合物(所述金屬離子具有至少為3的氧化態(tài))可以選自下組=Werner絡(luò)合物、C9-C18脂肪酸的三價金屬絡(luò)合物、C9-C18脂肪酸的四價金屬絡(luò)合物，例如鉻-C9-C18脂肪酸絡(luò)合物、鐵(+3)-C9-C18脂肪酸絡(luò)合物或鈦(+4)-C9-C18脂肪酸絡(luò)合物。不愿受特殊理論束縛，金屬離子的C9-C18脂肪酸絡(luò)合物(所述金屬離子具有至少為3的氧化態(tài))在某些實施方式中可以具有以下結(jié)構(gòu)
權(quán)利要求
1.i)肉豆蘧酸、棕櫚酸和硬脂酸的一種或多種的鹽和ii)聚乙烯醇用于形成無蠟涂層或膜的用途。
2.i)肉豆蘧酸、棕櫚酸和硬脂酸的一種或多種的鹽、ii)聚乙烯醇和iii)金屬離子的C9-C18脂肪酸絡(luò)合物用于形成無蠟涂層或膜的用途，所述金屬離子具有至少為3的氧化態(tài)。
3.一種包含肉豆蘧酸、棕櫚酸和硬脂酸的一種或多種的鹽和ii)聚乙烯醇的組合物。
4.一種組合物，含有肉豆蘧酸、棕櫚酸和硬脂酸的一種或多種的鹽、ii)聚乙烯醇和iii)金屬離子的C9-C18脂肪酸絡(luò)合物，所述金屬離子具有至少為3的氧化態(tài)。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求3或4的組合物，其為分散體、乳液、溶液或懸浮液的形式。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求3至5任一項的組合物，其中肉豆蘧酸、棕櫚酸和硬脂酸的一種或多種的鹽選自硬脂酸鈣和硬脂酸鋅。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一所述的組合物，其中金屬離子的C9-C18脂肪酸絡(luò)合物是鉻-C9-C18脂肪酸絡(luò)合物。
8.一種組合物，含有a)肉豆蘧酸、棕櫚酸和硬脂酸的一種或多種的鹽、b)聚乙烯醇和c)含有聚合物、共聚物或聚合物或共聚物的混合物的聚合物組合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的組合物，還含有d)金屬離子的C9-C18脂肪酸絡(luò)合物，所述金屬離子具有至少為3的氧化態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的組合物，其為分散體、乳液、溶液或懸浮液的形式。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一所述的組合物，其中所述聚合物組合物含有聚合物、共聚物或者聚合物或共聚物的混合物，所述聚合物或共聚物選自下組苯乙烯丁二烯共聚物、改性的苯乙烯丁二烯共聚物、苯乙烯/丙烯酸酯共聚物、羧化的聚苯乙烯、丙烯酸類/聚丙烯酸類聚合物、聚乙酸乙烯酯；聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯-乙烯、聚乙烯丙烯酸、大豆蛋白聚合物；玉米蛋白(蛋白質(zhì))、淀粉、作為改性的丙烯基分散體的聚烯烴分散體；和聚偏氯乙烯。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的組合物，含有20到40%重量的a)和80到60%重量的b)和c)。
13.用于將抗水、抗水蒸氣、抗油和抗脂性賦予材料的方法，包括 I.混合a)肉豆蘧酸、棕櫚酸和硬脂酸的一種或多種的鹽、b)聚乙烯醇和c)含有聚合物、共聚物或者聚合物或共聚物的混合物的聚合物組合物，以及 II.在低于50°C的溫度下使得在材料上形成膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中步驟I)還包括將a)、b)和c)與d)金屬離子的C9-C18脂肪酸絡(luò)合物混合，所述金屬離子具有至少為3的氧化態(tài)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中步驟I)中，a)占20到40%重量且b)和c)占80到60%重量。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中a)中所述鹽是硬脂酸鈣。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中a)和d)的比例為5: I至20 : I。
18.用于將抗水、抗水蒸氣、抗油和抗脂性賦予材料的方法，包括 a.混合i)肉豆蘧酸、棕櫚酸和硬脂酸的一種或多種的鹽；ii)聚乙烯醇、金屬離子的C9-C18脂肪酸絡(luò)合物，所述金屬離子具有至少為3的氧化態(tài)；和iii)含有聚合物、共聚物或者聚合物或共聚物的混合物的聚合物組合物，以及b.在無需另外的熱能或微波能的情況下形成膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中金屬離子的C9-CliJg肪酸絡(luò)合物與i)、ii)和iii)混合，所述金屬離子具有至少為3的氧化態(tài)。
20.一種材料，其含有具有表面的基質(zhì)，該表面帶有通過用膜形成組合物涂覆表面形成的膜涂層，所述膜形成組合物包含a)肉豆蘧酸、棕櫚酸和硬脂酸的一種或多種的鹽、b)聚乙烯醇和c)含有聚合物、共聚物或者聚合物或共聚物的混合物的聚合物組合物；并使得所述膜涂層在低于50°C的溫度下形成。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的材料，其中所述膜形成組合物還含有d)金屬離子的C9-C18脂肪酸絡(luò)合物，所述金屬離子具有至少為3的氧化態(tài)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的材料，其中所述膜形成組合物含有20到40%重量的a)及80到60%重量的b)和c)。
23.根據(jù)權(quán)利要求20-22任一所述的材料，其中所述基質(zhì)選自下組纖維素基材料、金屬基材料、玻璃基材料、織物基材料、水泥材料、木材和建筑產(chǎn)品材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種組合物，當該組合物與聚合物組合物混合時，能形成連續(xù)且粘性的膜。該膜的特征在于，它提供抗水、抗脂和抗油性，提供水蒸汽屏障，并且可以用作蠟替代處理及用于軟包裝的外涂層，但也可用于其他基質(zhì)上。該膜以非?？斓墓袒俣仍跓o需熱能的情況下形成。所述組合物含有i)肉豆蔻酸、棕櫚酸和硬脂酸的一種或多種多種的鹽；和ii)聚乙烯醇，和任選地還包含iii)金屬離子的C9-C18脂肪酸絡(luò)合物，所述金屬離子具有至少為3的氧化態(tài)。本發(fā)明還提供方法和涂層基質(zhì)。
文檔編號C09D5/00GK102639635SQ201080035833
公開日2012年8月15日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月4日
發(fā)明者塞爾日·貝魯貝, 弗朗索瓦·當?shù)轮Z爾特, 賈邁勒·巴格達德-戴德杰 申請人:雷泰克F3技術(shù)有限合伙公司