專利名稱：涂覆的基體、制造涂覆的基體的方法、包裝和分散體涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及涂覆的基體和制造涂覆的基于纖維的基體的方法，其中所述涂層包含微原纖化纖維素。
背景技術(shù)：
用作包裝如液體包裝或食物包裝的基于纖維的產(chǎn)品必須能夠經(jīng)受包裝項(xiàng)目的影響，例如液體和/或食物對基于纖維的產(chǎn)品的影響。一種方式是為基于纖維的產(chǎn)品提供阻擋層，例如耐水或油脂的阻擋層，其使基于纖維的產(chǎn)品更加耐受液體和/或油脂。阻擋層通常通過以下方法形成用給予基體阻擋性質(zhì)的組合物涂覆基于纖維的基體。取決于需要的阻擋層性質(zhì)，可施用不同的涂層。當(dāng)在基于纖維的產(chǎn)品上形成阻擋層時，最常用的材料為聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乙烯-乙烯醇聚合物(EVOH)或乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)聚合物?？蓪⒕酆衔锢鐚雍匣驍D出貼合至基于纖維的產(chǎn)品。目前，多數(shù)阻擋涂層用擠出貼合技術(shù)制造并因此在單獨(dú)的涂覆單元中離線制造。這提高造紙?jiān)彀鍣C(jī)的靈活性，由于在造紙?jiān)彀鍣C(jī)和擠出貼合單元上可使用不同的操作進(jìn)度表。然而，主要缺點(diǎn)是成本高，由于需要額外的卷軸處理和額外的轉(zhuǎn)化步驟。因此優(yōu)選的是以在線方法制造包含阻擋層的紙或板，這意味著，阻擋層涂覆在造紙?jiān)彀鍣C(jī)中在線進(jìn)行。這種工藝步驟應(yīng)優(yōu)選通過利用常規(guī)涂覆技術(shù)的阻擋層分散體涂覆單元進(jìn)行。US 2002136913描述了基于纖維的產(chǎn)品，其包含通過將聚合物含水分散體涂覆至基于纖維的產(chǎn)品形成的水蒸氣阻擋層。對于包含阻擋層的基于纖維的產(chǎn)品而言，另一個重要性質(zhì)是它的強(qiáng)度并且首先是它的耐彎曲性足夠良好，以形成包裝。重要的是，所述包裝足夠結(jié)實(shí)以在運(yùn)輸、貯存和轉(zhuǎn)化期間可靠地保護(hù)包裝的項(xiàng)目。如果耐彎曲性太低，那么基于纖維的產(chǎn)品將變脆并且在轉(zhuǎn)化期間，尤其是在折疊產(chǎn)品以形成包裝期間將存在問題。此外，最重要的是，所述阻擋層在處理、運(yùn)輸和轉(zhuǎn)化期間也能夠經(jīng)受涂覆的纖維基體的要求。如上所述，分散體涂層能夠用于在基于纖維的產(chǎn)品上形成阻擋層。然而，已經(jīng)證實(shí)，分散體涂層將降低涂覆的基于纖維的產(chǎn)品的耐彎曲性，因此，在折疊產(chǎn)品以形成包裝期間將存在問題。因此需要改善的包含阻擋層的基于纖維的產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供改善的包含分散體涂層的基于纖維的基體。本發(fā)明的另一個目的是提供可再循環(huán)的包含分散體涂層的基于纖維的基體。這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)通過權(quán)利要求I的基體實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明涉及包含分散體涂層的涂覆的基于纖維的基體，其中所述分散體涂層包含微原纖化纖維素和聚合物膠體粒子，其中所述分散體涂層在基體表面上形成阻擋層。已經(jīng)證實(shí)，將微原纖化纖維素(MFC)添加至分散體涂層提高強(qiáng)度并首先是降低分散體涂層的脆性，并因此也降低涂覆的基于纖維的基體的脆性。而且，MFC為可再循環(huán)的材料，促進(jìn)涂覆的基體再循環(huán)。優(yōu)選地，所述阻擋層為液體、蒸氣、油脂、洗滌劑、氧氣或其它氣體的阻擋層。不同的聚合物將給予涂覆的基體不同的阻擋性質(zhì)，即，聚合物的選擇控制阻擋層的性質(zhì)。所述分散體涂層優(yōu)選包含0. 5-20重量％微原纖化纖維素。在分散體涂層中MFC的量取決于涂覆的基體的最終用途。所述微原纖化纖維的長度可具有寬分布范圍，優(yōu)選為100nm-200 ii m,即，添加的MFC的長度因此可長于通常制造的MFC。已經(jīng)證實(shí)，通過提高制造的MFC的長度，提高阻擋層的耐彎曲性。所述分散體涂層包含至少一種聚合物，優(yōu)選為聚偏二氯乙烯(PVdC)、聚乙烯醇(PVOH)、乙烯-乙烯醇聚合物(EVOH)、丙烯酸酯共聚物、改性苯乙烯聚合物、丁二烯聚合物、聚烯烴、丙烯腈聚合物、富馬酸二酯或馬來酸二酯聚合物、纖維素酯、淀粉醚、不同的丙烯酸 酯和甲基丙烯酸酯聚合物、乙酸乙烯酯聚合物或任何這些聚合物的混合物。優(yōu)選使用使得可以以容易的方式重新使用和再循環(huán)涂覆的基于纖維的基體的聚合物。與例如擠出貼合相比，這是使用分散體涂層的一個很大的優(yōu)勢。本發(fā)明還涉及由如上所述的涂覆的基體制造的包裝。因此將涂覆的基體折起和折疊(crease and fold)以形成包裝?；w的涂覆側(cè)優(yōu)選位于包裝內(nèi)部。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將基體折起和折疊時，本發(fā)明的涂覆的基于纖維的基體具有改善的耐受性，例如當(dāng)使用給予阻擋層油脂耐受性的聚合物時，具有改善的油脂耐受性。因此，形成的包裝將具有改善的性質(zhì)和更加具有耐受性，尤其是對于折痕。本發(fā)明的分散體涂層包含微原纖化纖維素和聚合物膠體粒子，以及所述分散體涂層在涂覆的基體上形成阻擋層。已經(jīng)證實(shí)，將MFC添加至分散體涂層提高分散體的穩(wěn)定性。本發(fā)明還涉及制造涂覆的基體的方法，所述方法包括以下步驟提供包含纖維素纖維的基體，將分散體涂層施用至所述基體表面，其中所述分散體涂層包含微原纖化纖維素和聚合物膠體粒子，并干燥基體以形成干燥的涂覆的基體。所述分散體涂層優(yōu)選通過使用棍涂、噴涂、縫涂(slot coating)、浸涂、凹版棍涂、反向凹版涂布(reverse direct gravure coating)和/或其組合施用。所述分散體涂層優(yōu)選在造紙?jiān)彀鍣C(jī)中在線施用。本發(fā)明方法的一個很大的優(yōu)點(diǎn)是，可在造紙?jiān)彀鍣C(jī)中在線添加包含MFC的分散體涂層。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及涂覆的基于纖維的基體，在所述基體的至少一個面上包含分散體涂層。所述分散體涂層包含微原纖化纖維素。已經(jīng)證實(shí)，將微原纖化纖維素添加至分散體涂層改善持水容量和折起性質(zhì)，即，降低涂層的脆性并因此也降低涂覆的纖維基體的脆性。將MFC添加至分散體涂層也改善分散體的穩(wěn)定性。微原纖化纖維素(MFC)(也稱為納米纖維素)為由木質(zhì)纖維素纖維制造的材料，其中使單個的微原纖維彼此之間部分或完全地分離。MFC通常非常細(xì)( 20鹽)，長度經(jīng)常為IOOnm-IO u m。然而,微原纖維也可更長,例如為10-100 u m,但是也可使用高達(dá)200 u m的長度。已被原纖化和在表面上具有微原纖維的纖維以及被分離和位于漿料水相中的微原纖維包含在MFC定義中。
MFC能夠以許多不同的方式制造。可機(jī)械處理纖維素纖維，使得形成微原纖維。用細(xì)菌制造納米纖維素或微原纖化纖維素是另一選擇。也可通過借助于破壞或溶解纖維的不同化學(xué)品和/或酶由纖維素制造微原纖維。MFC制造的一個實(shí)例在W02007091942中示出，其描述了借助于精煉與添加酶的組合制造MFC。經(jīng)常將單體或共粘合劑(co-binders)添加至分散體涂層以提高分散體的持水容量。微原纖化纖維素具有非常高的持水容量，因此可降低添加至分散體涂層的單體或共粘合劑的量。而且，將MFC添加至分散體涂層使得可控制分散體的粘度，這使得可以以非常容易的方式改善涂覆設(shè)備的運(yùn)行能力。而且，涂層的持水能力和維持可通過控制和調(diào)節(jié)分散體粘度的改善的可能性來改善?？刂坪驼{(diào)節(jié)粘度的提高的可能性的另一個優(yōu)點(diǎn)是，在涂覆縫隙中的固定和涂層顏色滲透得以改善，這使得當(dāng)將分散體涂層施用至基體表面時能夠得到較好的覆蓋和較少的針孔。
柔性以及降低涂層在轉(zhuǎn)化過程中的破裂。而且，添加的MFC改變在基板和阻擋層之間的粘合性質(zhì)，這也影響和促進(jìn)改善的耐裂性。因此，已經(jīng)證實(shí)，通過將MFC添加至優(yōu)選包含聚合物的分散體，提高柔性并因此也提高在折起和折疊涂覆的基于纖維的基體期間的強(qiáng)度。已經(jīng)證實(shí)，添加微原纖化纖維(其相當(dāng)長，例如，長度為5-200i!m或更優(yōu)選為5-50 um)還提高形成的阻擋層的耐彎曲性。也可在添加至分散體涂層之前將微原纖化纖維素改性。以此方式，可得到甚至更強(qiáng)的分散體穩(wěn)定效果。如何改性微原纖化纖維取決于例如存在于分散體涂層中的其它組分。一種可能性是，添加改變纖維電荷的化學(xué)品并以此方式提高分散體穩(wěn)定性。分散體涂層用作阻擋層，因此可給予基體例如對液體、蒸氣、油脂、氧氣或其它氣體改善的耐受性。用于液體包裝板的最常用的阻擋層是耐水阻擋層。用于食物包裝的產(chǎn)品經(jīng)常包含水蒸氣、油脂和/或氧氣的阻擋層。可將分散體涂層借助于數(shù)種不同的技術(shù)添加至基體表面，優(yōu)選的涂覆技術(shù)為刮涂、模壓涂覆或幕涂。然而，也可使用其它涂覆技術(shù)，例如輥涂、噴涂、縫涂、浸涂、凹版輥涂、反向凹版涂布和/或其組合。也可使用棒涂、施膠壓涂、氣刀涂覆、計(jì)量施膠壓涂、柔性涂覆(flexo coating)、網(wǎng)紋施用棍(anilox applicator rolls)或任何所述技術(shù)的組合。用于形成阻擋層(即，阻擋涂層)的分散體涂層涉及以下的涂覆技術(shù)將包含微細(xì)聚合物粒子如膠乳的水分散體施用至纖維基體表面，以在干燥后形成固體的無孔膜。以此方式，可通過環(huán)境友好的(可再循環(huán)的)和可再制漿的涂層得到液體、蒸氣、油脂、氧氣或其它氣體的阻擋層。分散體涂層可基于各種聚合物分散體。所述分散體包含分散的聚合物膠體粒子和溶劑，該溶劑優(yōu)選為水。常用的聚合物和/或添加劑的實(shí)例為聚偏二氯乙烯(PVdC)、聚乙烯醇(PVOH)、乙烯-乙烯醇聚合物(EVOH)、丙烯酸酯共聚物、改性苯乙烯聚合物、丁二烯聚合物、聚烯烴、丙烯腈聚合物、富馬酸二酯和馬來酸二酯聚合物、纖維素酯、淀粉醚、不同的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯聚合物、乙酸乙烯酯聚合物、這些物質(zhì)的共聚物或其它天然生物聚合物，和所述聚合物的混合物。也可添加數(shù)種組分以改善阻擋性質(zhì)和其它性質(zhì)，例如涂覆的基體的表面張力、濕潤性、滑動性、耐磨性、成膜性等。
本申請使用的〃聚合物〃可用于表示均聚物、共聚物、互聚物、三元共聚物等。所述分散體也可含有各種量的填料以提高所述方法和制造的基體的例如運(yùn)行能力和成本效率。而且，可使用蠟如石蠟、巴西棕櫚蠟和/或akd (烷基烯酮二聚體)以將涂覆的基體表面憎水化。分散體涂層的固體含量可為25-70重量％。用于分散體涂層的分散體的粘度優(yōu)選為500-1000mPas。然而，可將分散體用水或任何其它溶劑稀釋以得到希望的粘度。在將分散體涂層添加至基體表面之前，可用常規(guī)涂層涂覆基體。以此方式，由于基體表面更光滑，分散體涂層將更結(jié)實(shí)地與基體粘合。此外，水和/或分散體涂層向基體表面中的滲透將降低。也可將超過一層的分散體涂料施用至基體表面。以此方式，由于可降低每層中的涂料量，形成更光滑的涂層。與應(yīng)在一層中施用大量涂料相比，施用薄層的涂料更容易。 重要的是，能夠重新使用和再循環(huán)紙或板產(chǎn)品中的纖維。在造紙過程中和在壽命末期的再循環(huán)后，促進(jìn)已被分散體涂覆的基于纖維的產(chǎn)品的再循環(huán)。與層合或擠出貼合的阻擋層相比，將添加至紙或板的分散體涂層再循環(huán)要容易得多。還優(yōu)選的是，所述分散體涂層包含來自可再生來源如馬鈴薯、玉米、谷物、木材、木聚糖或類似產(chǎn)物的產(chǎn)物。微原纖化纖維素為可再生來源，微原纖化纖維素的添加也將改善和促進(jìn)本發(fā)明分散體涂覆產(chǎn)品的再循環(huán)。分散體涂層的添加優(yōu)選在造紙?jiān)彀鍣C(jī)中在線進(jìn)行。然而，分散體涂層的添加也可離線進(jìn)行。涂覆的基體可在一面或兩面上涂覆。在添加分散體涂層后干燥涂覆的基體，可使用任何常規(guī)干燥技術(shù)。所述基體優(yōu)選為紙或板產(chǎn)品。然而，也可使用其它產(chǎn)品如織物、塑料等。實(shí)施例使用未涂覆的紙板作為基板?；宓拿嬷貫?10gsm, Bendtsen粗糙度水平為400_500ml/min。用由Clariant (UK)制造的稱為Cartaseal TXU的可商購分散體涂料分散體涂覆基板，所述分散體涂料為基于膠乳的水分散體。將所述分散體作為參考按原樣使用，下文稱為“參考樣品”，和通過使微原纖化纖維素與分散體混合使用，下文稱為“樣品MFC”。將MFC計(jì)量加入用于樣品MFC的分散體，直到Brookfield粘度為約lOOOmPas。將未涂覆的紙板借助于片材上的棒涂單元分散體涂覆。在兩個樣品上的分散體涂層的重量為15gsm。然后將片材干燥。微原纖化纖維素由漂白的松樹亞硫酸鹽紙漿以高稠度制造。首先將漂白的紙漿在精磨機(jī)中以25%的稠度預(yù)先機(jī)械處理，然后通過活性為250E⑶的纖維素酶進(jìn)行酶處理，最后將紙漿在精磨機(jī)中以25%的稠度機(jī)械處理。根據(jù)ASTM F-1249標(biāo)準(zhǔn)中所述的操作測量阻擋涂層的水蒸氣傳輸耐受性。使用Permatran-W 3/31 (Mocon)儀器。使用5cm2的板的樣品區(qū)域。N2_流速為200ml/min,N2(載體)流速為100ml/min以及RH為50-51%。油脂滲透性根據(jù)改良的ASTM F119-82方法測定。將試驗(yàn)樣品平坦地以及通過2. 07kg輥折起和折疊地測試。然后將樣品在阻擋層側(cè)面上在40° C和0%RH暴露于雞脂肪。記錄在板的相對表面上顯示視覺變化所需要的時間，即，透過時間(show-through time),和在置于所述板下面的具有254nm熒光指示劑的TLC板上顯示視覺變化所需要的時間，SP，突破時間(break through time)。將樣品在第一個小時內(nèi)每15分鐘檢查一次,在接下來的7小時內(nèi)每小時檢查一次。在第二天，將油脂滲透檢查一次。結(jié)果表I :在樣品上測量的WVTR
~在 25° C 和 50%RH 的 WVTR 參考樣品250 樣品MFC190從表I可看出，WVTR通過添加MFC而降低，即，紙板更加耐水蒸氣。表2:油脂耐受性
___透過時間__突破時間_ 參考樣品平坦的32-48小時 ~32-48小時__經(jīng)折起和折疊 <15分鐘__<15分鐘_
樣品MFC 平坦的32-48小時 $-48小時 _經(jīng)折起和折疊 8-24小時32-48小時 —從表2可看出，與參考樣品相比，在阻擋涂層中包含MFC的樣品實(shí)現(xiàn)良好的油脂和脂肪耐受性。預(yù)料不到地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將MFC添加至分散體涂層時，經(jīng)折起和折疊的樣品的油脂耐受性改善這么多。結(jié)果還顯示，當(dāng)樣品經(jīng)折起和折疊時，先前使用的分散體涂層對油脂的耐受性不足。
權(quán)利要求
1.包含分散體涂層的涂覆的基于纖維的基體，其特征在于所述分散體涂層包含微原纖化纖維素和聚合物膠體粒子，所述分散體涂層在所述基體表面上形成阻擋層。
2.權(quán)利要求I的基體，其特征在于所述分散體涂層包含O.5-20重量％的微原纖化纖維素。
3.前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的基體，其特征在于所述微原纖化纖維的長度為.100nm-200μ m。
4.前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的基體，其特征在于所述聚合物為聚偏ニ氯こ烯(PVdC)、聚こ烯醇(PVOH)、こ烯-こ烯醇聚合物(EVOH)、丙烯酸酯共聚物、改性苯こ烯聚合物、丁ニ烯聚合物、聚烯烴、丙烯腈聚合物、富馬酸ニ酯或馬來酸ニ酯聚合物、纖維素酷、淀粉醚、不同的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯聚合物、こ酸こ烯酯聚合物，源自馬鈴薯、玉米、谷物、木材、木聚糖或類似產(chǎn)物的聚合物，或者任何這些聚合物的混合物。
5.前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的基體，其特征在于所述阻擋層為對抗液體、蒸氣、油脂、洗滌劑、氧氣或其它氣體的阻擋層。
6.由權(quán)利要求1-5的涂覆的基體制造的包裝，其特征在于將所述基體彎曲或折疊以形成包裝。
7.分散體涂層，其特征在于所述分散體涂層包含微原纖化纖維素和聚合物膠體粒子以及所述分散體涂層在涂覆的基體上形成阻擋層。
8.權(quán)利要求7的分散體涂層，其特征在于所述聚合物為聚偏ニ氯こ烯(PVdC)、聚こ烯醇(PVOH)、こ烯-こ烯醇聚合物(EVOH)、丙烯酸酯共聚物、改性苯こ烯聚合物、丁ニ烯聚合物、聚烯烴、丙烯腈聚合物、富馬酸ニ酯和馬來酸ニ酯聚合物、纖維素酷、淀粉醚、不同的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物、こ酸こ烯酯聚合物，源自馬鈴薯、玉米、谷物、木材、木聚糖或類似產(chǎn)物的聚合物，或者任何這些聚合物的混合物。
9.權(quán)利要求7-8中的任ー項(xiàng)的分散體涂層，其特征在于所述分散體涂層包含O.5-20重量％的微原纖化纖維素。
10.制造涂覆的基體的方法，所述方法包括以下步驟 -提供包含纖維素纖維的基體， -將分散體涂層施用至所述基體表面，其中所述分散體涂層包含微原纖化纖維素和聚合物膠體粒子， -干燥所述基體以形成干燥的涂覆的基體。
11.權(quán)利要求10的方法，其特征在于所述分散體涂層通過使用輥涂、噴涂、縫涂、浸涂、凹版輥涂、反向凹版涂布和/或其組合施用。
12.權(quán)利要求10-11中的任ー項(xiàng)的方法，其特征在于所述分散體涂層在造紙?jiān)彀鍣C(jī)中在線施用。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含分散體涂層的涂覆的基于纖維的基體，其中所述分散體涂層包含微原纖化纖維素和聚合物膠體粒子。本發(fā)明還涉及由所述基體形成的包裝、分散體涂層和制造所述基體的方法。
文檔編號D21H19/34GK102695832SQ201080059037
公開日2012年9月26日 申請日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者I.海斯卡南, K.巴克?？? L.阿克斯魯普 申請人:斯托拉恩索公司