CN107208378B - 用于生产经涂覆的包括纤维素纤维的基底的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于生产经涂覆的包含纤维素纤维的基底的方法，所述方法包括以下步骤：i)提供包含纤维素纤维并且干含量小于50％的第一基底；ii)按涂层组合物的干重计算，以大于5g/m2的量将所述涂层组合物施用至第一基底，其中所述涂层组合物包含：‑微纤化纤维素(MFC)，和‑任选地保水剂，所述保水剂选自：羧甲基纤维素(CMC)、阴离子聚丙烯酰胺(A‑PAM)、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸衍生物、瓜尔胶、藻酸盐/酯、由羧甲基化纤维制备的MFC、由氧化纤维制备的MFC、通过CMC官能化纤维制备的MFC、和/或其组合；以及iii)对所述第一基底进行机械脱水。本方法提供了可以在线进行的能量有效的涂覆方法。

Description

用于生产经涂覆的包括纤维素纤维的基底的方法
技术领域
本发明涉及用于生产经涂覆的包括纤维素纤维的基底的方法，涉及通过该方法生产的纸或板以及涉及所生产的纸或板作为包装材料的用途。
背景技术
纸和板的包装材料已长期用于不同物品的包装，以向物品提供机械和/或化学保护。例如，已将易腐产品如食品、保健产品和电子设备包装在提供有屏障的纸或板包装物中，该屏障提供抗化学影响，例如抗气体(例如，氧气)、液体、气味、油和/或油脂的保护。包装物以双向方式起作用，这意味着防止来自包装物内部的液体漏出并且防止包装物外部的液体漏入包装物内。这同样适用于氧气、气味、油和油脂。
重要的是，包装材料可以提供氧气屏障，尤其是在对氧气敏感的易腐产品的情况下，因为细菌是需氧的并因此需要氧气以生长。因此，需要抗氧气的屏障以向经包装的产品提供延长的保存期限。例如，可以以多种聚合物涂层的形式提供氧气屏障如乙烯乙烯醇(EVOH)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、尼龙MXD6、聚偏二氯乙烯(PVDC)和液晶聚合物(LCP)涂层。例如可通过挤压涂覆或者作为例如铝箔将涂层施用至基底上。然而，挤压涂覆的缺点是，其难以以有效的方式组合在用于纸和/或板材料的现有生产线中，因为与挤压相关，基底首先需要干燥，然后涂覆然后干燥。这样的生产线不是能量有效的。因此，需要能够以能量有效的方式将涂覆方法组合或整合至现有纸或板生产线。提供屏障的其他可能性是将铝箔层施用至基底。铝提供了优异的屏障但是增加了产品的二氧化碳负荷(碳足迹)并且还使产品难以再循环。
鉴于现有技术，期望的是用更加能量有效和环境友好的方法以及涂覆材料至少部分代替现有的涂覆方法和涂覆材料。包装材料还应当是容易地可再循环的和/或可生物降解的，以减少环境负荷和碳足迹。
WO2011056130公开了用于通过将包括以下的分散涂层组合物施用在基底的表面上生产经涂覆的包括纤维素纤维的基底的方法：量为0.5重量％至20重量％的MFC(微纤化纤维素)；和可以为聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚乙烯醇(PVOH)、乙烯乙烯醇(EVOH)、丙烯酸酯共聚物、改性的苯乙烯、丁二烯、聚烯烃、丙烯腈、富马酸和马来酸二酯、纤维素酯、淀粉醚、不同丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、乙酸乙烯酯的聚合物的胶粒；源自马铃薯、玉米、谷物、木材、木糖胶或类似产品的聚合物或者任意这些聚合物的组合物。涂层提供了屏障。然而，如上所述，所公开的组合物包括主要量的聚合物的胶粒，期望的是至少部分地替代这样的涂覆材料。此外，已提及涂覆可以在线或离线进行，但是没有公开如何在线或离线进行生产。
WO2013027103公开了用于提供具有屏障的基底的方法，所述方法包括用包括以下的涂层组合物涂覆基底：至少一种水溶性聚合物，如PVOH、羧甲基纤维素(CMC)和/或半纤维素；和纳米-颗粒，为纳米粘土、MFC、硅酸铝、纳米沉淀碳酸钙、纳米滑石、纳米二氧化钛、二甲苯、羧甲基纤维素和/或二氧化硅。通过泡沫涂覆、刮涂或者通过施胶压榨将组合物涂覆在基底上。然后，干燥经涂敷的基底，并且向基底添加水性屏障活化溶液。然而，未提及这种涂覆方法可以以容易的方式整合到用于纸和/或板材料的现有生产线中。此外，由于经涂覆的基底在干燥之后需要活化，所以在造纸机中需要另外的干燥和活化部分。
因此，即使存在用于涂覆方法的现有技术解决方案，仍然需要改进将涂覆操作以简单且能量有效的方式结合至造纸方法中。还需要将涂覆方法组合或整合至现有纸或板生产线中。此外，需要提供起基底屏障功能的涂层的环境友好方法。还需要容易可再循环同时包括高质量屏障的环境友好包装材料。
发明内容
本发明的目的是提供满足上述需要的涂覆方法。因此，本发明的目的是改进提供屏障并且使关于现有技术解决方案的上述问题最小化的在线涂覆方法。特别地，本发明的目的是提供用于生产经涂覆的包括纤维素纤维的基底的方法，此方法是有效的并且可以用现有纸或板生产方法在线进行并且提供包括屏障的环境友好的最终经涂覆的基底。
根据本发明，通过根据所附权利要求的用于生产经涂覆的包括纤维素纤维的基底的方法来达到上述目的。所述方法包括以下步骤：
i)提供包括纤维素纤维并且干含量小于50％的第一基底；
ii)按涂层组合物的干重计算，以大于5g/m2的量将涂层组合物施用至所述第一基底，其中涂层组合物包括：
-微纤化纤维素(MFC)，以及
-任选地保水剂，选自：羧甲基纤维素(CMC)、阴离子聚丙烯酰胺(A-PAM)、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸衍生物、瓜尔胶、藻酸盐/酯、由羧甲基化纤维制备的MFC、由氧化纤维制备的MFC、通过CMC-官能化纤维制备的MFC、和/或其组合；以及
iii)对第一基底进行机械脱水。
出乎意料地发现，涂层中的微纤化纤维素的量(下文中称为MFC)可以由于本发明的涂覆方法而显著增加，其中将MFC添加至湿表面，即未脱水或者仅部分脱水并且干含量小于50％的表面。在纸幅(web)形成之后但在压榨和干部之前，在造纸机的湿部基底具有低的干含量，并因此涂层的施用可被整合至现有造纸机/纸板机。这是巨大的优势，因为不需要额外的干燥部分并且可以使用现有压榨和干燥部分。因此，可以在整合方法中同时脱水并干燥基底及其涂层。此外，由于MFC自身为成本有效且环境友好的产品并且表现出超过市场上的大多数商业屏障产品的特殊氧气屏障性质(
Figure BDA0001319022570000031
T.,Aulin,C.,Naderi,A.和Ankerfors,M.2014.Microfibrillated Cellulose.Encyclopedia of Polymer Scienceand Technology.1至34)，可以提供高质量经涂覆的基底以及进而包装产品。此外，MFC为非食品产品，从而可以避免与基于食品的产品在工业应用中使用相关的问题。然而，以前主要由于MFC的低固体含量和高粘度，因此几乎难以在涂层和涂覆方法中使用大量的MFC。MFC倾向于快速排水，这使涂层保持性(hold-out)劣化，并且难以在基底上获得连续的膜。此外，可以在膜中产生涂层中的问题如小孔。这使得膜不连续，因此不是良好的屏障。然而，通过本发明的方法，其中将大于5g/m2的量施用至干含量小于50％的湿基底，涂层保持性和小孔的问题可以减少或消除。量可适当地大于10g/m2。本发明的另一个优势在于所述方法可以在一般造纸机或纸板机中在造纸机/造纸板机的常规高速度下在线进行。此外，不需要重大的投入，即可以使用一般可用的设备。此外，与其中将涂层添加至干基底然后干燥的现有技术的涂覆方法相比，所提供的屏障具有同等的品质，这是另外出乎意料的特征。
在上述步骤i)中，所述方法还可以包括提供包括纤维素纤维并且干含量按重量计小于50重量％的第二基底。在提供第二基底的情况下，上述步骤iii)还包括将第二基底附接至第一经涂覆的基底，使得涂层组合物位于第一基底与第二基底之间，并且随后对附接的第一基底和第二基底进行机械脱水。以这种方式提供三明治结构，从而在第一基底与第二基底之间提供屏障功能。因此，可以保护涂层免受外部影响。此外，在生产期间，可以将含有MFC的涂层至少部分地封装在第一基底与第二基底之间，因此可以保护造纸机免受MFC的污染。
按涂层组合物的干重计算，上述步骤ii)还可包括以大于5g/m2的量将涂层组合物施用至第二基底。以这种方式，可以将大量的涂层组合物同时施用至两个基底，并且因此，例如，可以提高生产速度。
按干重计算，涂层组合物优选地包括按重量计至少90％的量的微纤化纤维素。这为涂层提供了好的物理特性、机械特性和屏障特性。
按干重计算并且基于MFC的干重，涂层组合物优选包括按重量计至少1％的量的保水剂。保水剂减少了MFC的排水，并且因此可以改进涂层的质量。
按涂层组合物的干重计算，在步骤ii)中以大于15g/m2的量施用涂层组合物的情况下，按干重计算并且基于MFC的干重，涂层组合物可包括按重量计至少2％的量的保水剂。以这种方式使保水的量最小化，同时仍然可以提供好的屏障。
在另一个实施方案中，按涂层组合物的干重计算，在步骤ii)中以大于10g/m2的量施用涂层组合物的情况下，按干重计算并且基于MFC的干重，涂层组合物包括按重量计至少3％的量的保水剂。以这种方式可以以非常好的方式控制保水，同时可以提供非常好的屏障特性。
在又一个实施方案中，按涂层组合物的干重计算，在步骤ii)中以大于20g/m2的量施用涂层组合物的情况下，按干重计算并且基于MFC的干重，涂层组合物包括按重量计至少1％的量的保水剂。
在再一个实施方案中，按涂层组合物的干重计算，以大于25g/m2的量添加涂层组合物，并且涂层组合物不包括保水剂。通过施用这样相对大量的MFC，可提供屏障同时保留特征适用于在线生产。
按干重计算并且基于MFC的干重，涂层组合物包括优选地量为至多约10重量％的保水剂。以这种方式在造纸机压榨部可以避免由不充分脱水引起的脱水问题。
根据另一方面，按干重计算并且基于MFC的干重，涂层组合物包括按重量计至多约8.5％的量的保水剂。以这种方式可提供优异的屏障，同时可以避免脱水问题。
适当地，在步骤ii)中以至多且包括约50g/m2的总量将涂层组合物施用至第一表面和/或第二表面。以这种方式可以提供屏障，同时仍可以很好地控制所述方法。优选地，在步骤ii)中以约10g/m2至40g/m2或更优选约10g/m2至35g/m2的总量将涂层组合物施用至第一表面和/或第二表面，从而在能量有效的方法中可以提供非常好的屏障。
第一基底和/或第二基底的干含量可以按重量计小于30％至40％或者低至按重量计小于10％至30％。这使得可以将涂层组合物在极为接近成型网处施用至纸幅，这进一步简化了适用于本发明方法的机器结构。
保水剂优选地为CMC。CMC为高性能保水剂，甚至即使以少量添加也提供高质量屏障，同时可以避免在压榨部中的脱水问题。
可以通过许多不同的涂覆技术将涂层组合物施用至表面，例如通过喷涂、辊涂、狭缝涂覆、浸涂、凹版涂覆、反向直接凹版涂覆、挤压涂覆、幕涂、棒涂和/或间隙涂覆(gapcoating)或其组合。然而，优选通过喷涂添加涂层组合物，从而能够在高生产速度下进行精确施用。
机械脱水步骤优选包括压榨，并且在造纸机的压榨部分适当地进行。在步骤iii)中进行机械脱水之后，所述方法还包括干燥一个或多个基底的步骤，优选在造纸机的干燥部进行。
本发明还涉及通过根据上述方法的方法生产的纸或板。纸或板产品包括其上已施用涂层组合物的第一基底，其中第一基底包括纤维素纤维，其中涂层组合物包括微纤化纤维素(MFC)，和任选地保水剂，所述保水剂选自羧甲基纤维素(CMC)、阴离子聚丙烯酰胺(A-PAM)、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸衍生物、瓜尔胶、藻酸盐/酯、由羧甲基化纤维制备的MFC、由氧化纤维制备的MFC、通过CMC-官能化纤维制备的MFC、和/或其组合。已以大于5g/m2的量施用涂层组合物。
由于在涂覆期间基底是湿的，并且涂层与基底一起压榨和干燥，因此涂层组合物以有效的方式附接并且几乎结合至基底。因此，可以提供牢固地附接至基底的光滑且均匀分布的涂层。涂层提供了抗氧气和其他气体、气味、油、油脂和有机溶剂的屏障。纸或板可以用作包装材料，例如易腐物品和/或保健产品。此外，涂层为产品提供了改善的脱层强度/阻力，即z-强度。
本发明的以下详细说明限定了本发明的另外特征、目的和优点。
附图说明
图1示意性地举例说明在线方法中涂覆一个基底；
图2示意性地举例说明在线方法中涂覆一个基底并且将两个基底附接在一起；以及
图3示意性地举例说明在线过程中涂覆两个基底并且将两个基底附接在一起。
具体实施方式
本发明涉及用于生产经涂覆的包括纤维素纤维的基底。所述方法可以以能量有效和环境友好的方式进行。所述方法在造纸机或纸板机中进行，其中纸或板在连续纸幅中制造。在上下文中等同地使用造纸机和纸板机的限定。
“包括纤维素纤维的基底”是指包括来自未经漂白或经漂白的纸浆的纤维的基础纸幅(base web)或纸页(sheet)，所述纸浆可以为化学纸浆如硫酸盐、牛皮纸、苏打或亚硫酸盐纸浆，机械纸浆，热机械纸浆或化学-热机械纸浆，并且原材料可以基于软木、硬木、再循环纤维或适用于造纸或纸板/卡纸板的非木材。
“干含量”是指浆体或溶液中干物质的含量。即例如50％的干含量是指基于溶液或浆体的总重量，干物质的重量为50％。类似地，“干重”是指干物质的重量。
根据定义，“大于”是指大于但不包括考虑中的数值。类似地，“小于”是指小于但不包括考虑中的数值。例如，大于5g/m2是指大于但是不包括5g/m2的量。
“微纤化纤维素”(MFC)是指通常由木纤维素纤维(来自硬木或软木纤维两者)制成的材料。其也可以由微生物来源、农业纤维如麦秆纸浆、竹子或其他非木材纤维源制成。MFC由未经处理或经酶处理的纸浆制备，然后对纤维进行机械脱层。在微纤化纤维素中，各个微纤维已彼此部分或完全地分离。微纤化纤维素纤维通常非常细(约20nm)，并且长度常常为100nm至10μm。然而，微纤维也可以更长，例如10μm至200μm。MFC的定义中包括已被微纤化并且表面具有微纤维的纤维，以及被分离并且位于浆体的水相中的微纤维。作为纳米颗粒所提及的微纤化纤维素(MFC)也被称为纳米纤维素、纳米纤维化纤维素或纤维素纳米纤维(CNF)。在上下文中所有这些定义等同地表示为微纤化纤维素，MFC。
“保水剂”是指适用于改善在一些过程阶段期间(例如，排水期间)包括在MFC悬体、纸浆悬体、纸幅或纸板幅中的一种或多种组分的保留的试剂或添加剂。
“机械脱水”是指通过机械力，例如通过压榨进行脱水。
“组合物”是指现成的组合物或施用之后形成在基底上的组合物，即组合物的组分可同时添加到现成的组合物中或同时或接近同时但单独地添加从而组分在基底上形成组合物。
如下文所述，可以在造纸机或纸板机的湿部，用包括MFC和任选地保水剂的涂层组合物生产经涂覆的包括纤维素纤维的基底，并因此在基底上提供屏障或具有屏障特性的膜。湿基底是指包括纤维素纤维且干含量小于50％的基底。干含量可以更低，例如30％至40％或者甚至低至10％至30％。
按涂层组合物的干重计算，以大于5g/m2的量施用涂层组合物。涂层组合物包括微纤化纤维素(MFC)；和任选地保水剂，保水剂选自：羧甲基纤维素(CMC)、阴离子聚丙烯酰胺(A-PAM)、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸衍生物、瓜尔胶、藻酸盐/酯、由羧甲基化纤维制备的MFC、由氧化纤维制备的MFC、通过CMC-官能化纤维制备的MFC、和/或其组合。MFC可以以MFC浓度按重量计为约1％至5％的分散体(例如，按重量计约2％的分散体)提供。与传统聚合物涂层相比，MFC改善了涂层的物理特性和机械特性。此外，用本发明的涂层可以获得改善的氧气传输速率(OTR)特性。
涂层组合物优选为水性的，意味着包括MFC和任选的保水剂的涂层组合物中存在水。含水量可以宽泛地变化并且根据生产条件和施用方法进行调节。技术人员可以根据方法条件来调节含水量，并且含水量可以在例如涂层组合物相对水0.1:100至25:100的范围内变化，但是不限于这些含量。
为了干燥之后形成遍及基底的整个宽度的连续涂层，以充足的量施用涂层组合物。形成屏障的涂层足够厚以提供有效的氧气/气体/油/油脂/有机溶剂屏障。还应当确保可以将涂层施用至湿基底上并且覆盖湿基底的整个表面。已经表明，使用本发明要求保护的量的涂层组合物可以产生好的屏障。
在本发明的方法中，可以以大于5g/m2(干)，例如大于10g/m2(干)，并且甚至大于且包括15g/m2(干)的总量施用涂层。可以将涂层至少施用至所述方法中提供的第一基底。这意味着，在所述方法中存在若干个基底的纸幅的情况下，基底中的至少一个被涂覆。在所述方法中也可以将涂层施用至若干个和/或全部基底，例如两个基底。上述总涂层量为一起施用至所有基底的总涂层量。上限通过实际方面限定并且可以为例如，至多50g/m2。优选地，涂层的总量保持在约40g/m2以下。施用至基底的包括MFC的涂层组合物越多，组合物中所需的保水剂的量越少。当以大于5g/m2但小于约40g/m2的量施用涂层组合时，出乎意料地注意到保水剂甚至还改善了所获得的屏障特性。
保水剂以这样的量存在于涂层组合物中，使得基底可以在造纸机的压榨部进行机械脱水。因此，基于MFC的干重，优选保水剂的量按重量计小于约20％(干)。用大于5g/m2的特定量涂覆以及在造纸机的湿部施用涂层的特征的组合提供了出乎意料的好的屏障特性，比已知方法更环境友好。本发明的巨大优势在于所述方法可以在造纸机、造宽纸或纸板机的常规高速度下在线进行。此外，不需要重大的投入，即可以使用一般可用的设备。此外，与其中将涂层添加至干基底并且然后干燥的现有技术涂覆方法相比，所提供的屏障具有同等质量。这是出乎意料的。
本发明的涂层重量通常稍高于上述背景技术中描述的现有技术中所述的涂层重量(其中期望涂层重量尽可能低)。然而，本发明的含MFC的涂层不会显著增加所生产的材料的总成本，因为当可以将涂层施用至湿基底并且使用现有生产线时可以获得显著的节能。此外，可以获得易于再循环的耐用的经涂覆的基底。例如，由于比现有技术的方案中更高量的涂层，所施用的涂层中的微粗糙度、小孔和/或连通孔可由于更大的涂层重量而更容易地避免。此外，涂层中的小缺陷或变化对屏障层的行为没有严重影响。
保水剂适当地选自：羧甲基纤维素(CMC)、阴离子聚丙烯酰胺(A-PAM)、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸衍生物、瓜尔胶、藻酸盐/酯、由羧甲基化纤维制备的MFC、由氧化纤维制备的MFC、通过CMC-官能化纤维制备的MFC、和/或其组合。已经表明，CMC特别适合作为用于形成根据本发明方法的屏障的涂层组合物中的保水剂。保水剂作为添加剂或增稠剂起作用，并且基于MFC的干重以按重量计小于20％(干)的量存在，优选地，基于MFC的干重以按重量计小于且包括10％(干)的量存在。换言之，涂层组合物的保水剂与MFC的重量比可以小于20:100，并且优选地，小于且包括10:100(保水剂:MFC)。如果保水剂的量保持在这些低水平，则保水剂具有保留水的能力，不会妨碍一个/多个基底在造纸机的压榨部中的脱水。保水剂还有助于形成好的屏障膜。涂层组合物的保水剂与MFC之间的比率优选为1:100至1:10(保水剂:MFC)。当该比率为3:100至8.5:100，对应于基于MFC的重量，按重量计3％至8.5％的保水剂量时，以及当涂层组合物的总量高于10g/m2，不包括10g/m2且小于40g/m2时获得非常好的结果。
可以通过任意适当的涂覆方式，例如通过喷涂、辊涂、狭缝涂覆、浸涂覆、凹版涂覆、反向直接凹版涂覆、挤压涂覆、幕涂、棒涂和/或间隙涂覆或其组合将涂层组合物施用至基底。优选地，通过喷涂来施用涂层，所述喷涂为用于在线生产模式中以高生产速度施用涂层组合物的简单、有效且准确的方法。本发明的基底为干含量小于50％的包括纤维素纤维的基底。可将涂层布置在两个基底之间并且由此形成三明治结构。这可以通过布置各自来自成形器、待附接在一起的两个纸幅并且在附接之前将涂层组合施用在至少一个基底上或施用到至少一个基底来实现。三明治结构为本发明的特别优选的实施方案，因为由于以下事实其更容易制造：涂层组合物被至少部分地封装在两个基底之间，从而可以减少由MFC引起的污染。
图1示意性地举例说明在线过程中涂覆一个基底。在造纸/板机的成形部100处形成湿的第一基底10，并且使所形成的纸幅10通过涂层施用部200进一步传送至造纸机或纸板机的压榨部300。涂层施用部200包括含有水性涂层组合物的容器14，通过可以机械或电力驱动的泵16将所述水性涂层组合物泵送至包括至少一个喷嘴布置21的喷装置20。喷嘴布置21被布置成以提供基于涂层的干重大于5g/m2量的光滑涂层的喷速率将涂层组合物喷至基底10。涂覆之后，将纸幅10传送至造纸机的压榨部，并且在造纸机的干部中干燥之前进行机械脱水。
在图2中，举例说明了本发明的另一个实施方案。该方法与图1中的方法相同，除了将湿纸幅形式的第二湿基底12从第二成形部110传送至涂层施用部200。然而，在附接筒32处将第一基底和第二基底附接在一起之前，通过具有喷嘴布置21的喷装置20仅涂覆第一湿基底10。将涂层组合物喷至第一基底10上，并且将涂层组合物设置在第一基底10与第二基底12之间。因此，所形成的纸幅30具有三明治结构，并且其随后在造纸机的压榨部300处进行机械脱水。
图3举例说明了本发明的另一个实施方案。该方法与图1和图2中的方法相同，除了将湿纸幅形式的第二湿基底12从第二成形部110传送至涂层施用部200。在附接筒32处将第一基底和第二基底附接在一起之前，通过具有喷嘴布置21和22的喷装置20涂覆第一湿基底10和第二湿基底12两者。将涂层组合物喷至第一基底10和第二基底12上，并且将涂层组合物设置在第一基底10和第二基底12之间。因此，所形成的纸幅30具有三明治结构，并且其随后在造纸机的压榨部300处进行机械脱水。
优选的是，在一个单个步骤中将涂层组合物添加至基底。因此，不需要为基底的表面提供多于一个涂层。优选地，屏障为抗氧气、气体、气味、油脂和/或油、有机溶剂的屏障。可以组合根据本发明的屏障和其他屏障层，例如抗液体如水、水蒸气和醇的屏障。如果基底被用作液体包装纸板，则这是特别合适的。然后优选的是，为纸板基底提供根据本发明的涂层，然后在单独的步骤中适当地将具有抗液体的屏障特性的层如PE或PET层添加至根据本发明的屏障的顶部上。以这种方式，纸板将具有氧气和液体屏障特性两者。还可以组合根据本发明的屏障和基于生物类屏障的另外屏障结构，例如基于PLA、PGA、生物PE、淀粉、蛋白质或多糖的屏障。以这种方式，可以生产其他改进的屏障产品。
在将涂层组合物施用至一个或多个基底之后，进行一个/多个基底的机械脱水。优选地，在造纸机或纸板机的压榨部中通过现有压榨装置进行机械脱水。或者，可以在进入造纸机的现有压榨部之前添加附加的压榨设备，例如一个或多个压榨筒。为了在基底上形成屏障，重要的是基底是光滑的并且涂层中没有出现孔。为了通过涂覆形成好的屏障，还重要的是均匀分布涂层，即没有或基本上没有涂层厚度或克重的变化。当将涂层施用至湿表面时，涂层形成也停留在其涂覆的基底表面上的屏障。此外，屏障层对其涂覆的基底具有好的附接特性。屏障涂层还具有好的机械性质，使其可以在转化或其他机械处理期间转化其添加至的基底，不会破坏屏障层。脱水之后，经涂覆的基底在造纸机的干部中进行干燥。
本发明还涉及根据所述方法生产的纸或板产品。可以将具有根据本发明的屏障的纸板产品与具有液体屏障性质的层一起使用用作液体包装材料。所生产的纸或板产品还可用作易腐物品的包装材料，例如食品包装物，如冷冻食品材料或干食品材料和/或保健产品。根据所述方法生产的纸或板产品提供有非常有效的屏障。
鉴于本发明的上述详细说明，对本领域技术人员而言其他修改和变化将变得显而易见。然而，应当明确的是，在不脱离所附权利要求中限定的本发明的精神和范围的情况下，可以产生这样的其他修改和变化。
实施例
实施例1
该实施例示出了所使用的涂层制剂是如何制造的。在Innventia的试验工厂中制造微纤化纤维素(MFC)。从未干燥的经漂白的亚硫酸盐软木纸浆(
Figure BDA0001319022570000111
Mill，StoraEnso，瑞典)用于MFC制备。首先使用包括精制-酶-精制过程的三步处理预处理纸浆。精制步骤使用常规的纸浆精制机。首先，将纸浆精制至约30°SR至40°SR。然后，在50℃下以每克纤维0.17μl单组分内切葡聚糖酶(5ECU/μl)进行酶处理2小时，随后二次精制至约80°SR至90°SR。通过高压匀浆器(NS3024H，GEA Niro Soavi，意大利)均化约2.5重量％的纸浆浆料。匀浆器的操作压力和狭缝尺寸分别为1400巴至1600巴和100μm至200μm。
将选自以下CMC、A-PAM、藻酸盐/酯、瓜尔胶或氧化MFC(羧甲基化或CMC-官能化)的保水剂添加至2.9重量％MFC分散体以形成涂层制剂。基于MFC的干重，保水剂占0重量％至10重量％。将涂层制剂搅拌24小时，然后在500巴下高压均化以确保完全混合。涂层制剂的浓度为约2.7％至2.9％。
实验室纸页的制备
克重为60g/m2的未经涂覆的实验室纸基底用作涂覆方法用的基础基底。根据ISO5269-1借助芬兰纸页成形器制备这些原纸。这些纸页由经漂白的牛皮纸纸浆(
Figure BDA0001319022570000112
BlueZ)制成。将经漂白的牛皮纸纸浆精制至25°SR。湿不压榨(干含量小于22％)，或者在400kPa下分别压榨两次保持5分钟和2分钟直到50％的干度来制备纸页。也使用相同的压榨过程然后在23℃和50％RH下干燥(干度＞90％)制备干纸页。
测量涂层制剂的脱水
使用由
Figure BDA0001319022570000121
开发的重量法测量来自涂层制剂的转移水的量(g/m2)。使用根据Tappi T-701的标准化条件。所述方法描述了表征静态条件下的涂层制剂的保水特性的过程。
实施例2
该实施例示出通过添加保水剂，可以显著减少来自涂层制剂的转移水的量。表1示出了纯MFC分散体和其中基于MFC的干重已添加10重量％的保水剂的涂层制剂的转移水的量。通过添加保水剂，水保持能力显著增加，即转移水的量减小。
表1.纯MFC分散体以及由MFC和基于MFC的干重的10重量％的保水剂组成的涂层制剂的转移水(g/m2)。
保水剂： 保水剂含量(％)： 转移水(g/m<sup>2</sup>)：
CMC 10 612
藻酸盐 10 7922
A-PAM 10 2142
瓜尔胶 10 3178
羧甲基化MFC 10 6360
MFC 0 9050
实施例3
该实施例示出如何用由微纤化纤维素(MFC)或MFC与CMC组合组成的制剂喷涂湿的、经压榨或干燥的纸页。基于MFC的干重，稠化剂占0重量％至10重量％。
使用商业喷漆器(Graco Easy Max WP 2，美国)将涂层制剂施用至纸页上或者作为纸页之间的中间层。将湿的、经压榨或干燥的纸页设置在传送机上。喷枪相对于纸页水平地安装。通过改变传送机的速度来调节涂层重量。
纸页的一侧涂覆一次，或者通过反转传送带涂覆两次。然后在23℃且50％RH下干燥纸页。为了施用作为中间层的涂层制剂，单独地涂覆纸页，压伏(couch)，然后根据ISO5269-1进行压榨和干燥。施用的总涂层重量为4.5g/m2至34.6g/m2。
结果
根据ASTM D 3985-06，用Mocon Ox-Tran Model 2/21设备(Mocon，Minneapolis，美国)进行氧气传输速率(OTR)测试并且测试条件为23℃，50％RH下。样品面积为5cm2，并且氧气的分压为1atm。在下表2和3中，超过3000的OTR值显示为“失败”，低于10的OTR值被认为是优异的。
根据Tappi T-454测量耐油/油脂性，其中记录了染红色的松节油通过经涂覆的纸页的穿透时间。30分钟之后测试结束。
表2.在23℃和50％RH下，一侧经涂覆的纸页的氧气传输速率(OTR)(ml/m2 24小时atm)和耐油性(分钟)。
Figure BDA0001319022570000131
表3.在23℃和50％RH下，其中作为中间层施用的涂层制剂的纸页的氧气传输速率(ml/m2 24小时atm)和耐油性(分钟)。
Figure BDA0001319022570000141
从表2中可以看出，相对于MFC，>10g/m2的涂层重量和3重量％至8.5重量％的CMC含量提供了优异的氧气(OTR<10ml/m2 24小时atm)和油/油脂(>30分钟)屏障特性。纸页的干度和涂覆步骤的数量不影响经涂覆的产品的OTR和耐油性。从表3中可以看出，相对于MFC，>10g/m2的涂层重量和3重量％至8.5重量％的CMC含量提供了优异的氧气(OTR<10ml/m224小时atm)和油/油脂(>30分钟)屏障特性。纸页的干度和涂覆步骤的数量不影响经涂覆的产品的OTR和耐油性。
因此，可以获得优异的屏障，甚至当在造纸方法的湿部进行涂覆时也可以获得。

Claims (13)

1.一种用于生产经涂覆的包含纤维素纤维的基底的方法，所述方法包括以下步骤：
i)提供包括纤维素纤维并且干含量为按重量计小于50％的第一基底；
ii)按涂层组合物的干重计算，以大于10g/m2且小于40g/m2的量将涂层组合物施用至所述第一基底，其中所述涂层组合物包括：
-微纤化纤维素(MFC)，以及
-保水剂，所述保水剂为羧甲基纤维素(CMC)，按干重计算并且基于所述MFC的干重，所述保水剂的量为按重量计至少3％到至多约8.5％；以及
iii)对所述第一基底进行机械脱水。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括在步骤i)中提供包括纤维素纤维并且干含量按重量计小于50％的第二基底，在步骤iii)中将所述第二基底附接至所述第一基底，使得所述涂层组合物位于所述第一基底与所述第二基底之间，并且随后对附接的所述第一基底和所述第二基底进行机械脱水。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中按干重计算，所述涂层组合物包括按重量计至少90％的量的所述微纤化纤维素。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一基底和/或所述第二基底的干含量为按重量计小于30％至40％。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一基底和/或所述第二基底的干含量为按重量计小于10％至30％。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中通过喷涂、辊涂、狭缝涂覆、浸涂、凹版涂覆和/或反向直接凹版涂覆、挤压涂覆、幕涂、棒涂、和/或间隙涂覆、或其组合来施用所述涂层组合物。
7.根据权利要求6所述的方法，其中通过喷涂来添加所述涂层组合物。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中机械脱水的步骤包括压榨。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤iii)之后，所述方法还包括以下步骤：
iv)干燥所述基底。
10.一种通过根据前述权利要求1至9中任一项所述的方法生产的纸或板。
11.根据权利要求10所述的纸或板，其中所述涂层提供了抗氧气和其他气体、气味、油、油脂和有机溶剂的屏障。
12.一种纸或板产品，所述纸或板产品包括其上已施用涂层组合物的第一基底，其中所述第一基底包括纤维素纤维，并且其中所述涂层组合物包括：
-微纤化纤维素(MFC)，以及
-保水剂，所述保水剂为羧甲基纤维素(CMC)，按干重计算并且基于所述MFC的干重，所述保水剂的量为按重量计至少3％到至多约8.5％；
其特征在于，已以大于10g/m2且小于40g/m2的量施用所述涂层组合物。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的纸或板作为用于易腐物品和/或保健产品的包装材料的用途。
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