CN107428432A - 具有可拉伸覆层的基底 - Google Patents

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Abstract

一种涂覆的纸材料，包括涂覆有组合物的纸基底，该组合物包括具有‑3℃或更低的Tg的至少一种丙烯酸粘合剂和具有在1.0m2/g至30.0m2/g的范围内的BET比表面积的至少一种无机填料，其中，该至少一种丙烯酸粘合剂与该至少一种无机填料的干重比在15:100至20:100之间。

Description

具有可拉伸覆层的基底
技术领域
本公开内容主要涉及设置有可拉伸覆层的纸基底和包括这种涂覆的纸基底的产品。
背景技术
颜料覆层被广泛用于增强纸和纸板的光学性质，诸如光泽度和打印质量。颜料覆层还可以改善纸或纸板产品的其他性质。
发明内容
本发明人注意到，在将纸产品拉伸后，颜料涂覆的纸产品上的印纹的视觉印象受损。发明人已意识到这种问题是由拉伸期间在颜料涂覆层中形成的裂纹造成的。
上述有问题的拉伸可能例如发生在冲压成形或热成形操作中使一片纸产品被赋予三维形状的时候。此外，这种拉伸可能发生在使纸产品弯曲或折叠以便例如形成包装的时候。
因此，本发明人意识到需要一种设置有“可拉伸覆层”的纸基底，即，在纸基底被拉伸时不会裂开到使覆层上的印纹的视觉印象显著受损的程度的覆层。
下面给出了满足上述需求的本公开内容的实施方案的分项列述。
1.一种涂覆的纸材料，包括涂覆有组合物的纸基底，该组合物包括：
具有-3℃或以下的玻璃转化温度(Tg)的至少一种丙烯酸粘合剂，和
具有在1.0m2/g至30.0m2/g范围内的BET比表面积的至少一种无机填料，
其中，该至少一种丙烯酸粘合剂与该至少一种无机填料的干重比在15:100至20:100之间，诸如在16:100至20:100之间。
2.根据第1项的涂覆的纸材料，其中，纸基底包括至少两个纸层，该至少两个纸层包括用组合物涂覆的顶纸层。
3.根据第1项或第2项的涂覆的纸材料，其中，纸基底或其顶纸层在机器方向(machine direction(MD))和/或横向(cross direction(CD))上的可拉伸性(ISO 1924/3)为至少3％。
4.根据第3项的涂覆的纸材料，其中，纸基底或其顶纸层在机器方向(MD)和/或横向(CD)上的可拉伸性(ISO 1924/3)为至少5％。
5.根据第4项的涂覆的纸材料，其中，纸基底或其顶纸层在机器方向(MD)和/或横向(CD)上的可拉伸性(ISO 1924/3)为至少7％。
6.根据前述项中任一项的涂覆的纸材料，其中，纸基底或其顶纸层在机器方向(MD)上的可拉伸性(ISO 1924/3)为至少12％。
7.根据前述项中任一项的涂覆的纸材料，其中，该至少一种丙烯酸粘合剂的Tg为-10℃或更低，诸如-15℃或更低，诸如-20℃或更低。
8.根据前述项中任一项的涂覆的纸材料，其中，该至少一种无机填料的BET比表面积在2.0m2/g至20.0m2/g的范围内，诸如3.0m2/g至17.5m2/g，诸如4.0m2/g至15m2/g，诸如5.0m2/g至13m2/g。
9.根据前述项中任一项的涂覆的纸材料，其中，该至少一种丙烯酸粘合剂选自由下述组成的组：
-丙烯酸均聚物；
-甲基丙烯酸均聚物；
-由至少两种不同单体构成的共聚物，一种单体具有丙烯酸官能团或甲基丙烯酸官能团，且另一种单体具有选自由苯乙烯、乙烯基和烯丙基组成的组的官能团；以及
-它们的混合物。
10.根据前述项中任一项的涂覆的纸材料，其中，该至少一种丙烯酸粘合剂为丙烯酸均聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、苯乙烯-丙烯酸共聚物，或它们的混合物。
11.根据前述项中任一项的涂覆的纸材料，其中，该至少一种无机填料的重量中值粒径d50在0.1μm至5.0μm的范围内，诸如0.3μm至3.0μm，诸如0.4μm至2.0μm，诸如0.5μm至1.5μm。
12.根据前述项中任一项的涂覆的纸材料，其中，该至少一种无机填料的重量中值粒径d98在1.0μm至20.0μm的范围内，诸如2.0μm至12.0μm，诸如3.0μm至6.0μm。
13.根据前述项中任一项的涂覆的纸材料，其中，该至少一种无机填料选自由下述组成的组：含碳酸钙的材料、滑石、高岭土、黏土、二氧化钛、缎光白、膨润土及其混合物。
14.根据第13项的涂覆的纸材料，其中，该至少一种无机填料选自由下述组成的组：含碳酸钙的材料、黏土、高岭土及其混合物。
15.根据第14项的涂覆的纸材料，其中，该至少一种无机填料为含碳酸钙的材料。
16.根据第15项的涂覆的纸材料，其中，含碳酸钙的材料选自由天然重质碳酸钙(GCC)、沉淀碳酸钙(PCC)、白云石及其混合物组成的组。
17.根据第16项的涂覆的纸材料，其中，含碳酸钙的材料为天然重质碳酸钙(GCC)，天然重质碳酸钙选自由大理石、石灰石、白垩及其混合物组成的组。
18.根据第16项的涂覆的纸材料，其中，含碳酸钙材料的为沉淀碳酸钙，沉淀碳酸钙选自由菱形六面体PCC(R-PCC)、偏三角面体PCC(S-PCC)和霰石PCC(A-PCC)组成的组。
19.根据前述项中任一项的涂覆的纸材料，其中，以组合物的干重计，该至少一种丙烯酸粘合剂和该至少一种无机填料一起构成组合物的至少90wt.-％。
20.根据前述项中任一项的涂覆的纸材料，其中，组合物包括至少一种另外的添加剂，该至少一种另外的添加剂选自由下述组成的组：增稠剂、润滑剂、分散剂、研磨助剂、流变改性剂、消泡剂、光学增亮剂(optical brightener，荧光增白剂)、染料、pH控制剂(pHcontrolling agent)及其混合物。
21.根据前述项中任一项的涂覆的纸材料，其中，以组合物的干重计，该至少一种无机填料构成组合物的75wt.-％至88wt.-％。
22.根据前述项中任一项的涂覆的纸材料，其中，以组合物的干重计，该至少一种丙烯酸粘合剂构成组合物的12wt.-％至17wt.-％。
23.根据前述项中任一项的涂覆的纸材料，其中，以组合物的干重计，该至少一种另外的添加剂构成组合物的0.1wt.-％至8wt.-％。
24.根据前述项中任一项的涂覆的纸材料，其中，纸基底或其至少一层由牛皮纸构成。
25.根据前述项中任一项的涂覆的纸材料，其中，涂覆的纸材料的涂覆表面被印刷。
26.根据第25项的涂覆的纸材料，其中，印刷表面被阻隔层覆盖。
27.根据第1-24项中任一项的涂覆的纸材料，其中，涂覆表面被阻隔层覆盖。
28.一种设置有折叠线的坯料(blank)，该坯料由根据前述项中任一项的涂覆的纸材料构成。
29.一种包装，该包装包括由根据第1-27项中任一项的涂覆的纸材料构成的至少一个壁。
30.一种包装，该包装包括由根据第1-27项中任一项的涂覆的纸材料构成的至少两个壁，所述壁由形成于涂覆的纸材料中的折叠线限定的边缘接合。
31.一种盒，该盒包括由根据第1-27项中任一项的涂覆的纸材料构成的底壁和至少两个侧壁。
32.一种三维物品，该三维物品包括由根据第1-27中任一项的涂覆的纸材料构成的结构元件。
33.根据前述项中任一项的涂覆的纸材料、坯料、包装或盒，包括通过拉伸涂覆的纸材料的一部分形成的隆起(bulge)或凸起。
34.一种形成三维图案的方法，包括下述步骤：使包括根据第1-27项中任一项的涂覆的纸材料的物品经受成形操作(诸如冲压成形或热成形)，以在涂覆的纸材料中形成三维图案，其中，在成形操作期间，涂覆的纸材料的一部分被拉伸。
附图说明
现在通过实例参考附图来描述本发明，附图中：
图1a-1d示出了根据本公开内容的涂覆的纸材料的不同实施方案。
图2A和图2B示出了由已在成形操作中被拉伸的根据本公开内容的涂覆的纸材料构成的泡罩包装。
图3和图4A-B示出了由已在成形操作中被拉伸的根据本公开内容的涂覆的纸材料构成的盘。
图5A-B示出了由已在成形操作中被拉伸的根据本公开内容的涂覆的纸材料构成的蛤壳式包装(双泡壳包装，clamshell package)。
图6示出了另一蛤壳式包装的基部部分。花瓶状部分由已在成形操作中被拉伸的根据本公开内容的涂覆的纸材料构成。
图7示出了由根据本公开内容的涂覆的纸材料构成的封套700。封套的部分已在成形操作中被拉伸，使得获得装饰性/描述性的、凸起的文本。
图8示出了由根据本公开内容的涂覆的纸材料构成的用于酒瓶的盒。涂覆的纸材料的一部分已在成形操作中被拉伸，使得在盒的侧壁中形成酒瓶状的装饰性/描述性的凸起。
图9a–d示出了实验中使用的3D可成形性测试仪的不同视图；对角线顶视图(图1a)、侧视图(图1b)、顶视图(图1c)和前视图(图1d)。
具体实施方式
作为本公开内容的第一方面，由此提供了一种涂覆的纸材料，该涂覆的纸材料包括涂覆有组合物的纸基底。
纸基底可以例如包括至少两个纸层。在这种情况下，基底将具有顶纸层和底纸层。此外，顶纸层将用组合物涂覆。可选地，底纸层也用组合物涂覆。这意味着纸基底的顶表面由涂覆组合物覆盖，并且纸基底的底表面可选地由涂覆组合物覆盖。
每个涂覆层的覆层重量可以为例如4g/m2-40g/m2，诸如5g/m2-35g/m2，诸如5g/m2-30g/m2，诸如8g/m2-30g/m2，诸如8g/m2-25g/m2，诸如15g/m2-25g/m2。如果覆层重量过低，则存在很大风险——获得的覆盖面积不足。涂覆层可以包括两个或更多个子层。在两个子层的情况下，顶子层中的无机填料的BET比表面积可以大于另一子层中无机填料的BET比表面积。在多于两个子层的情况下，顶子层中的无机填料的BET比表面积可以大于一个或全部其他子层中的无机填料的BET比表面积。因此，可以在维持可拉伸性的情况下改善可印刷性(适印性，printability)。每个子层的覆层重量优选地为至少6g/m2，诸如至少8g/m2。
纸基底可以为例如叠层材，在该叠层材中，至少两个纸层彼此粘附。粘附剂可以为例如聚乙烯(PE)层、水性胶或有机溶剂型胶(organic solvent based glue)。在纸基底的两个层之间设置的粘附剂的量可以为例如2g/m2-35g/m2，诸如4g/m2-20g/m2。
纸基底的克重可以为例如40g/m2-550g/m2，诸如75g/m2-550g/m2。当纸基底包括单个纸层时，纸基底的克重可以为例如40g/m2-200g/m2，诸如50g/m2-150g/m2或75g/m2-200g/m2。当纸基底包括至少两个纸层时，纸基底的克重可以为例如80g/m2-550g/m2，诸如100g/m2-550g/m2，诸如150g/m2-500g/m2。当纸基底包括至少三个纸层时，纸基底的克重可以为例如175g/m2-550g/m2，诸如250g/m2-550g/m2，诸如300g/m2-550g/m2。
在第一方面的实施方案中，纸基底在机器方向(MD)和/或横向(CD)上的可拉伸性(ISO 1924/3)为至少3％。在优选实施方案中，纸基底在机器方向(MD)和/或横向(CD)上的可拉伸性(ISO 1924/3)为至少5％或7％。在一个实施方案中，纸基底在机器方向(MD)上的可拉伸性(ISO1924/3)为至少12％或14％。
用于纸基底的适当材料的非限制性实例为AB(瑞典)销售的在中，在CD上的可拉伸性为至少7％，在MD上的可拉伸性为至少13％。
在纸基底包括多于一个层的实施方案中，顶层在机器方向(MD)和/或横向(CD)上的可拉伸性(ISO 1924/3)可以为至少3％、5％、7％、12％或14％。在这样的实施方案中，至少一个其他层在机器方向(MD)和/或横向(CD)上的可拉伸性(ISO 1924/3)可以低于5％或3％。
根据上述讨论可以理解，当纸基底(或至少其顶层)的可拉伸性较高时，本公开内容的覆层的可拉伸性的益处更为相关。
本公开内容的在机器方向(MD)和/或横向(CD)上具有至少5％的可拉伸性的本公开内容的纸基底或纸层优选地至少部分地由化学浆获得，化学浆通常具有比机械浆更长的纤维。例如，具有这样的可拉伸性的纸基底或纸层可以由牛皮纸构成。在一个实施方案中，纸基底包括多于一个层，并且至少顶层是由牛皮纸构成的。
发明人注意到组合物的可拉伸性部分地取决于丙烯酸粘合剂的Tg。如果Tg过高，则可拉伸性不足。因此，本公开内容的组合物包括具有-3℃或更低、优选地-10℃或更低、以及更优选地-15℃或更低的Tg的至少一种丙烯酸粘合剂。在一个实施方案中，Tg为-20℃或更低。具有-25℃的Tg的粘合剂已被证明会产生特别有益的覆层性质。
如果Tg过低，则覆层可能变得过于易受影响(sensitive)。因此，Tg可以高于-85℃，诸如高于-70℃，诸如高于-45℃。
优选的Tg范围为-15℃至-30℃，诸如-20℃至-30℃。
玻璃转化温度(Tg)是本领域技术人员熟知的参数，且是温度范围，在该温度范围内，热固性聚合物在冷却时从较柔韧、顺从或“类似橡胶”的状态变为坚硬、刚性或“类似玻璃”的状态。Tg通常使用差示扫描量热法(DSC)：ASTM E1356，“采用差示扫描量热法分配玻璃转变温度的标准试验方法(Standard Test Method for Assignment of the GlassTransition Temperature by Differential Scanning Calorimetry)”来测量。Tg实际上是温度范围，而不是具体的温度。然而，惯例是报告被限定为以热流曲线的两个平坦区域的切线为界的温度范围的中点的单个温度。
在本公开内容的上下文中，“丙烯酸粘合剂”指包括丙烯酸单体的聚合物粘合剂。丙烯酸单体的实例为甲基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸丁酯。
该至少一种丙烯酸粘合剂选自例如由下述组成的组：i)丙烯酸均聚物；ii)甲基丙烯酸均聚物；iii)由至少两种不同的单体构成的共聚物；以及iv)它们的混合物。“它们的混合物”指由i)-iii)中的至少两种组成的任何混合物。
在iii)的共聚物中，一种单体具有丙烯酸官能团或甲基丙烯酸官能团，且另一种单体具有选自由苯乙烯、乙烯基和烯丙基组成的组的官能团。
该至少一种丙烯酸粘合剂优选地为：a)丙烯酸均聚物；b)乙烯-丙烯酸共聚物；c)苯乙烯丙烯酸共聚物；或d)它们的混合物。“它们的混合物”指由a)-c)中的至少两种所组成的任何混合物。
在制备本公开内容的组合物时，通常提供水分散体形式的丙烯酸粘合剂。具有-30℃的Tg的丙烯酸均聚物的市售水分散体的具体实例为E2100(Archroma)。具有-25℃的Tg的苯乙烯丙烯酸共聚物的市售水分散体的具体实例为PrimalTM 325GB(Dow)。具有-20℃的Tg的苯乙烯-丙烯酸共聚物的市售水分散体的具体实例为E6200(Archroma)。具有-15℃的Tg的乙烯-丙烯酸共聚物的市售水分散体的具体实例为E4250(Archroma)。
除了丙烯酸粘合剂，Tg<-3℃的聚氨酯基粘合剂、乙酸乙烯酯基粘合剂和聚酯树脂在用于纸和板应用中可拉伸覆层的水性涂覆组合物中也可以是适合的。
本公开内容的组合物还包括至少一种无机填料。覆层中填料的存在改善可印刷性和其他性质。该至少一种无机填料可以选自由下述组成的组：含碳酸钙的材料、滑石、高岭土、黏土、二氧化钛、缎光白、膨润土以及它们的混合物。“它们的混合物”指具有无机填料的前述实例中至少两种的任何混合物。
含碳酸钙的材料、黏土、高岭土或其混合物是优选的实例。
当无机填料为含碳酸钙的材料时，含碳酸钙的材料优选地选自由天然重质碳酸钙(GCC)、沉淀碳酸钙(PCC)、白云石及其混合物组成的组。
GCC是特别优选的实例。GCC可以例如选自大理石、石灰石、白垩及其混合物。
另一优选实例是PCC，其可以选自菱形六面体PCC(R-PCC)、偏三角面体PCC(S-PCC)和霰石PCC(A-PCC)。
该至少一种无机填料的BET比表面积在1.0m2/g至30m2/g的范围内。优选的范围为2.0m2/g至20m2/g，3.0m2/g至17.5m2/g，4.0m2/g至15m2/g，以及5.0m2/g至13m2/g。发现如果填料的比表面积过大(即，>30m2/g)，那么覆层中容易形成裂纹。未受任何特定科学理论的束缚，发明人认为当填料的比表面积降低时，覆层中填料颗粒之间形成的粘合剂膜的平均厚度增加，而且这样的厚度增加导致膜的可拉伸性改善，并因此裂纹形成更少。
优选地用Micromeritics销售的Tristar II分析仪测量BET比表面积。此外，可以根据ISO 9277:1995标准进行测量。
根据上文推出相对大的填料颗粒是优选的，因为它们造成较小的比表面积。此外，发明人推测，如果存在大量细小颗粒，那么它们可以形成提高覆层的可裂化性(crackability)的薄片。因此，优选地使非常小的填料颗粒的数量保持低。然而，如果填料颗粒过大或过粗，则印刷表面可能变得过于粗糙，这可能导致光泽度和/或亮度不尽人意。如技术人员已知的，可以由d值来量化粒径分布。要确定重量中值粒径d50值或最高粒径级(top cut particle size)d98值，可以使用美国Micromeritics公司出产的SediGraph 5100或5120设备。
优选地，该至少一种无机填料的重量中值粒径d50在0.1μm至5.0μm的范围内，诸如0.3μm至3.0μm，诸如0.4μm至2.0μm，诸如0.5μm至1.5μm。此外，该至少一种无机填料的重量中值粒径d98在1.0μm至20.0μm的范围内，诸如2.0μm至12.0μm，诸如3.0μm至6.0μm。
具有在1m2/g至30m2/g的范围内的BET比表面积的市售GCC(大理石)产品的具体实例为60–ME 78％(Omya)、90–ME 78％(Omya)和HG–ME 75％(Omya)。
60具有1.4μm的重量中值粒径d50和10μm的重量中值粒径d98。90具有0.7μm的重量中值粒径d50和5μm的重量中值粒径d98。HG具有0.5μm的重量中值粒径d50和2μm的重量中值粒径d98。
发明人已发现，改善覆层的可拉伸性的另一种方式是具有该至少一种丙烯酸粘合剂与该至少一种无机填充剂的相对高的比。发明人认为，相对高的比防止裂纹形成，因为当填料的数量较低时由粘合剂形成的膜受到的干扰较少。
然而，该比不应过高，因为在过高的情况下，覆层表面的可印刷性不足，而且覆层可能变得透明。此外，丙烯酸粘合剂通常比无机填料贵，因此从成本角度看，使该比保持低是有益的。
发明人已确定当考虑到可拉伸性、可印刷性和成本时，该至少一种丙烯酸粘合剂与该至少一种无机填料的干重比在15:100至20:100的范围内最佳。
优选地，该比在16:100至20:100的范围内。
除了上述丙烯酸粘合剂和无机填料，本公开内容的组合物可以包括选自由下述组成的组中的至少一种添加剂：
-增稠剂(也称为流变改性剂)，诸如HASE流变改性剂；
-润滑剂；
-分散剂；
-研磨助剂；
-消泡剂；
-光学增亮剂；
-染料；以及
-pH控制剂。
技术人员可以理解，组合物还可以包括由选自上述中的两种或更多种添加剂组成的混合物。
然而，以组合物的干重计，上述添加剂优选地仅构成组合物的小部分，诸如组合物的0.1wt.-％至8wt.-％。通常，以组合物的干重计，该至少一种丙烯酸粘合剂和该至少一种无机填料一起构成组合物的至少90wt.-％。在一个实施方案中，以组合物的干重计，该至少一种丙烯酸粘合剂和该至少一种无机填料一起构成组合物的至少92wt.-％，诸如至少92wt.-％。
由此推断，以组合物的干重计，该至少一种无机填料构成组合物的例如75wt.-％至88wt.-％。
还由此推断，以组合物的干重计，该至少一种丙烯酸粘合剂构成组合物的例如12wt.-％至17wt.-％。
在制备本公开内容的涂覆的纸材料时，组合物可以作为水性涂覆组合物应用，以水性涂覆组合物的总重计，该水性涂覆组合物可以具有在50wt.-％至75wt.-％范围内，优选地在60wt.-％至72wt.-％的范围内，且最优选地在65wt.-％至70wt.-％的范围内的固体含量。
在制备水性涂覆组合物时，组分可以不受彼此影响地以干性形式，或以悬浮液、分散体、浆液或溶液的形式提供，并可以以任何顺序混合。可以通过本领域技术人员已知的任何适合混合装置例如罐式研磨机(caddy mill)进行组分的混合。在一个实施方案中，水性涂覆组合物可以包含其他溶剂，诸如醇醚、醇类、脂肪烃、酯类及其混合物。
基底可以用水性涂覆组合物涂覆一次或若干次，其中，可以通过本领域熟知的常规技术进行涂覆。
可以使涂覆基底经受压光。
在本公开内容的实施方案中，涂覆的纸材料的涂覆表面被印刷。因此，包括印墨(诸如柔性版印墨(flexographic ink))的印纹可以在涂覆的表面上形成。柔印印墨的实例为溶剂型印墨、水性印墨、电子束(EB)固化印墨和紫外线(UV)固化印墨。因此可以通过柔性版印刷在涂覆表面上获得印纹。
上述实施方案的印刷表面可以用阻隔层覆盖。涂覆的纸材料的涂覆表面也可以用阻隔层覆盖，这意味着被阻隔层覆盖的表面不被印刷。
阻隔层具有一种或多种阻隔性质。阻隔性质的实例包括油脂阻隔性质、气体阻隔性质和湿气阻隔性质。这样的阻隔性质在例如包装食物或液体时是有益的。
阻隔层可以例如包括PE(例如HDPE、LLDPE或LDPE)、PLA、PA、PET、PP或热熔漆(Lacquer hot melt)或由上述这些组成。这样的阻隔材料使能热封：此外，阻隔层可以是分散体、生物基聚合物、生物基粘合材料或胶。在一个实施方案中，阻隔层包括片状黏土(platy clay)，诸如超片状黏土(hyper-platy clay)，例如BARRISURFTM(Imerys)。
PE和PP的益处在于它们是湿气阻隔物。
阻隔层可以包括子层。例如，阻隔层可以包括夹在两层聚烯烃(诸如PE或PP)之间的一层EVOH(EVOH是气体阻隔物)。阻隔层还可以是多层PA聚合物结构(PA也是气体阻隔物)。
本公开内容的涂覆的纸材料坯料可以设置有折叠线，使得其可以折叠为三维物体，诸如包装(如，盒)或其一部分(如，盖)。
由此推断，包装可以包括包含本公开内容的涂覆的纸材料或由其构成的至少一个壁。在这样的包装的一个实施方案中，至少两个壁由根据本公开内容的涂覆的纸材料构成，这些壁沿着由形成于涂覆的纸材料中的折叠线限定的边缘接合。盒可以包括由本公开内容的涂覆的纸材料构成的底壁和至少两个侧壁。
在根据本公开内容的涂覆的纸材料、坯料、包装或盒中，可以在涂覆的纸材料中形成三维图案，诸如隆起部或凸起部。当形成这样的三维图案时，涂覆的纸材料的一部分被拉伸。
作为本公开内容的第二方面，提供了一种形成三维图案的方法，该方法包括下述步骤：使包括本公开内容的涂覆的纸材料的物品经受成形操作，以在涂覆的纸材料中形成三维图案。在成形操作期间，涂覆的纸材料的一部分被拉伸。因此，使用本公开内容的可拉伸覆层是有益的。成形操作可以为例如冲压成形或热成形。
在实施方案中，在使涂覆的纸材料经历成形操作之前对涂覆的纸材料进行压光。
示例性实施方案
图1a示出了根据本公开内容的涂覆的纸材料100的非限制性实施方案。材料100包括由单个纸层组成的纸基底101。纸基底101优选地为可拉伸的。例如，其可以由(AB，瑞典)构成。
根据ISO 1924/3进行测量时，的可拉伸性在CD上为至少7％，且在MD上为至少13％。纸基底101的顶表面被涂覆层102覆盖，该涂覆层102由包括无机填料(如，碳酸钙颜料)和丙烯酸粘合剂(如，苯乙烯-丙烯酸共聚物)的组合物组成。涂覆层102被印刷，使得获得印刷层103。印刷层103因此包括印墨。印刷层103转而由具有一种或多种阻隔性质的阻隔层104覆盖。
阻隔性质的实例包括油脂阻隔性质、气体阻隔性质和湿气阻隔性质。这样的阻隔性质在例如包装食物时是有益的。可以通过涂覆方法将阻隔层104施加至印刷层。可替代地，可以通过将塑料膜胶合至印刷层来施加阻隔层104。阻隔层104可以例如包括两个或更多个子层。例如，阻隔层可以包括由PE组成的第一子层和第二子层以及布置在第一子层111和第二子层112之间的由EVOH组成的第三子层。在这种情况下，PE层主要用作湿气阻隔物，而EVOH层主要用作气体阻隔物。
图1b示出了根据本公开内容的涂覆的纸材料110的另一非限制性实施方案。材料110包括由单个纸层组成的纸基底111。在图1a的实施方案中，纸基底111优选地为可拉伸的，并可以由构成。纸基底111的顶表面被涂覆层112a覆盖，该涂覆层112a由包括无机填料(如，碳酸钙颜料)和丙烯酸粘合剂(如，苯乙烯-丙烯酸共聚物)的组合物组成。此外，纸基底111的底表面被涂覆层112b覆盖，该涂覆层112b由相同组合物组成。涂覆层112a、112b被印刷，使得获得顶印刷层113a和底印刷层113b。印刷层113a、113b转而由具有一种或多种阻隔性质的顶阻隔层104a和底阻隔层104b覆盖。上文关于图1a讨论了阻隔层及其性质。顶阻隔层114a的阻隔性质和底阻隔层114b的阻隔性质不一定相同。例如，顶阻隔层114a可以包括上文关于图1a所述的三个子层并因此具有湿气和气体阻隔性质，而底阻隔层由PE组成并主要用作湿气阻隔物。
图1c示出了根据本公开内容的涂覆的纸材料120的另一非限制性实施方案。材料120包括纸基底121，纸基底121是包括第一(顶)纸层121a和第二(底)纸层121b的叠层材。在第一纸层121a和第二纸层121b之间，设置聚乙烯(PE)层121c作为粘附剂。PE的量可以为例如20g/m2至30g/m2。第一纸层121a和第二纸层121b是可拉伸的并优选地由构成。因此，整个纸基底121是可拉伸的。第一(顶)纸层121a的顶表面被涂覆层122覆盖，该涂覆层122由包括无机填料(如，碳酸钙颜料)和丙烯酸粘合剂(如，苯乙烯-丙烯酸共聚物)的组合物组成。涂覆层122被印刷，使得获得印刷层123。印刷层123转而由具有一种或多种阻隔性质的阻隔层124覆盖。上文关于图1a讨论了阻隔层及其性质。
图1d示出了根据本公开内容的涂覆的纸材料130的另一非限制性实施方案。材料130包括纸基底131，该纸基底是包括第一(顶)纸层131a、第二(中间)纸层131b和第三(底)纸层131d的叠层材。第二纸层131b因此夹在第一纸层131a和第三纸层131d之间。在纸层131a、131b、131d之间设置聚乙烯(PE)层131c、131e作为粘附剂。每个PE层中PE的量可以为例如20g/m2至30g/m2。第一纸层131a和第三纸层131b是高度可拉伸的，并优选地由构成。然而，第二纸层131b的可拉伸性显著低于并且可以由包括机械浆、热磨机械浆(TMP)和/或化学热磨机械浆(CTMP)的浆料(pulp)形成。因此，整个纸基底131并不是高度可拉伸的，但外纸层131a和131d是高度可拉伸的。第一(顶)纸层131a的顶表面被涂覆层132覆盖，该涂覆层132由包括无机填料(如，碳酸钙颜料)和丙烯酸粘合剂(如，苯乙烯-丙烯酸共聚物)的组合物组成。涂覆层132被印刷，使得获得印刷层133。印刷层133转而由具有一种或多种阻隔性质的阻隔层134覆盖。上文关于图1a讨论了阻隔层及其性质。
图2A示出了由根据本公开内容的涂覆的纸材料形成的泡罩包装200。涂覆侧被印刷。印纹优选地用提供对气体和湿气(以及可能的油脂)的防护的阻隔层覆盖。材料的纸基底由构成。纸基底和覆层的可拉伸性使能在不使印纹的视觉印象显著受损的情况下通过例如冲压成形、热成形或真空成形在泡罩包装200中形成多个腔201。图2B示出了腔201的下侧如何呈现为在泡罩包装200的相对侧上的隆起202。
泡罩包装200可以例如被设计为容纳丸状物(诸如药丸)或糖果。要理解，泡罩包装200的腔201可以用由塑料或铝构成的膜或箔覆盖，弄破该膜或箔以获得泡罩包装200的内容物。
泡罩包装的涂覆的纸材料的克重可以为例如150g/m2-300g/m2。
图3示出了由根据本公开内容的涂覆的纸材料形成的具有圆角的矩形盘300。纸基底由构成。材料的涂覆侧被印刷。如果盘300意在用于食物，则涂覆的纸材料优选地包括阻隔气体、湿气和可能的油脂的一种或多种阻隔物。基底和覆层的可拉伸性使能在不使印纹的视觉印象显著受损的情况下形成主体部分301和圆周轮缘部分302。主体部分301包括侧壁和底壁。轮缘部分302的外边缘303向下弯曲，以提高稳定性并改善美观性。盘300可以通过冲压成形、热成形或真空成形来形成。
图4A-B示出了由根据本公开内容的涂覆的纸材料形成的盘400的另一实施方案，该盘不是矩形的。纸基底由构成。材料的涂覆侧被印刷。如果盘400意在用于食物，则涂覆的纸材料优选地包括阻隔气体和湿气和可能的油脂的一种或多种阻隔物。纸基底和覆层的可拉伸性使能在不使印纹的视觉印象显著受损的情况下形成主体部分401和平坦的圆周轮缘部分402。主体部分401包括侧壁和底壁。盘400可以通过冲压成形、热成形或真空成形来形成。
盘300、400可以例如用膜(诸如可选地透明塑料膜)覆盖，以保护盘300、400的内容物，诸如食物。这样的膜优选地可释放地粘附至盘300、400的轮缘部分302、402。
图5A-B示出了由根据本公开内容的涂覆的纸材料形成的蛤壳式包装500的实施方案的不同视图。纸基底由构成。材料的涂覆侧被印刷。蛤壳式包装500包括与大致碗状的顶部分502铰接式连接的大致碗状的基部部分501。因此，可以通过沿铰接折叠线503折叠来闭合蛤壳式包装500。基部部分501包括大致平坦的底部504，并且顶部分502——在该非限制性实施例中——包括示意地示出花朵的装饰性压花505。基部部分501大致平坦的轮缘506抵靠顶部分502大致平坦的轮缘507密封。
纸基底和覆层的可拉伸性在不使印纹的视觉印象显著受损的情况下实现底部分501和顶部分502的碗形状以及装饰性压花505。蛤壳式包装500可以通过冲压成形、热成形或真空成形来形成。真空成形或热成形通常要求纸材料设置有气体阻隔物。
图6示出了由根据本公开内容的涂覆的纸材料形成的蛤壳式包装的另一实施方案的基部部分601。纸基底由构成。材料的涂覆侧被印刷。基部部分601为大致碗状的并包括大致平坦的轮缘602，该大致平坦的轮缘能够抵靠顶部分的对应轮缘(未示出)密封。纸基底和覆层的可拉伸性使能允许在不使印纹的视觉印象显著受损的情况下形成碗形状。
图7示意地示出了由根据本公开内容的涂覆的纸材料形成的封套700。纸基底由构成。封套的外侧被涂覆和印刷。封套700包括顶壁702、两个相对侧壁703和底壁。在该非限制性实施例中，封套700布置成围绕容纳食物的塑料包装701。例如，在封套200的上壁702中形成了装饰性和/或描述性的凸起文本(“食物”)704。纸基底和覆层的可拉伸物的可拉伸性允许在不使印纹的视觉印象显著受损的情况下在顶壁702中形成凸起文本704。壁702、703由折叠线限定的边缘705接合。封套700因此通过折叠并胶合设置有折叠线的坯料来形成。
图8示出了另一非限制性实施例，用于酒瓶的盒800。盒800包括四个侧壁801、顶壁802和底壁，从由根据本公开内容的涂覆的纸材料构成的坯料折叠而成。纸基底由构成。材料朝外的侧被涂覆和印刷。此处示出了在侧壁801中形成的酒瓶形状的装饰性和/或描述性的凸起806。纸基底和覆层的可拉伸性允许在不使印纹的视觉印象显著受损的情况下形成凸起806。盒包括四条竖直边缘803、顶部的四条水平边缘804和底部的四条水平边缘805。四条竖直边缘803中的至少三条由坯料中制成的折叠线限定。此外，顶部的四条水平边缘804中的至少两条和底部的四条水平边缘805中的至少两条由坯料中制成的折叠线限定。
实验部分
I.测量方法
1.粒径分布
在实验中，使用来自美国Micromeritics公司的5120测量d50值和d98值。方法和仪器是技术人员已知的，并通常用于确定填料和颜料的粒径。测量是在包括0.1wt.-％Na4P2O7的水溶液中进行的。使用了高速搅拌器和超声波装置(supersonics)来分散样品。对于已分散样品的测量，没有添加其他的分散剂。
2.水性悬浮液的固体含量
使用了来自瑞士Mettler Toledo公司的Mettler ToledoTM Moisture AnalyserMJ33来确定悬浮液固体含量(也称为“干重”)，具有如下设置：160℃的干燥温度，如果在30s的时间段内质量变化不超过1mg则自动关闭，标准干燥5g至20g的悬浮液。
3.比表面积(SSA)
通过在250℃下加热30分钟的时间段来调节样品后，根据ISO 9277使用氮气通过BET方法测量了比表面积。在进行这些测量之前，在布氏漏斗内对样品进行过滤，用去离子水进行冲洗并在烘箱内在90℃至100℃下干燥过夜。然后，在研钵中对干饼进行充分研磨，并使所得粉末在130℃下处于水分平衡，直到达到恒重。
4.CIE白度
根据ISO 11457确定了CIE白度。
5.Parker印刷表面(Parker Print Surface，PPS)平滑度
根据ISO 8791-4确定了作为Parker印刷表面给出的表面平滑度。
II.材料
6.基底
100％初生纤维(原纤维，primary fibre)的3D纸；100g/m2的纸张定量(可从瑞典购得)。这种纸的特征在于破裂时伸长率高。
7.填料
在实验中，使用了五种不同的填料：
填料1：天然重质碳酸钙；d50＝0.7μm；d98＝5.0μm；BET SSA＝11.5m2/g；固体含量78wt.-％(可从瑞士Omya购得)
填料2：天然重质碳酸钙；d50＝1.5μm；d98＝10.0μm；BET SSA＝6.8m2/g；固体含量78wt.-％(可从瑞士Omya购得)
填料3：天然重质碳酸钙；d50＝0.4μm；d98＝2.0μm；BET SSA＝18.0m2/g；固体含量75wt.-％(可从瑞士Omya购得)
填料4：1号黏土(Hydragloss 90)，高亮度极细黏土，BET SSA＝21m2/g；固体含量73wt.-％(可从瑞士Omya购得)
填料5：R 320，金红石二氧化钛；BET SSA＝13m2/g；(可从德国Sachtleben Chemie GmbH购得)
8.粘合剂
实验中使用了以下市售粘合剂：
E2100：纯丙烯酸分散体；Tg-30℃(可从Archroma购得)
E6200：苯乙烯/丙烯酸分散体；Tg-20℃(可从Archroma购得)
E4250：乙烯/丙烯酸分散体；Tg-15℃(可从Archroma购得)
325GB：苯乙烯/丙烯酸分散体；Tg-25℃(可从陶氏化学公司(DowChemical Company)购得)
P-308MS：苯乙烯/丙烯酸分散体；Tg+8℃(可从陶氏化学公司购得)
D270：热塑性丙烯酸聚合物的水性乳浊液；Tg-42℃(可从德国SynthomerDeutschland GmbH购得)
D 5240：丙烯酸酯共聚物分散体；Tg-43℃(可从德国Synthomer购得)
X 4427：丙烯酸共聚物的水性乳浊液；Tg-40℃(可从德国Synthomer购得)
P 5100：羧基苯乙烯/丁二烯共聚物分散体；Tg-2℃(可从德国Synthomer购得)
SX 1024：苯乙烯/丁二烯共聚物分散体；Tg-15℃(可从德国Synthomer购得)
S 7641：自交联苯乙烯/丁二烯共聚物分散体；Tg-44℃(可从德国Synthomer购得)
9.添加剂
101：空间流变改性剂(steric rheology modifier)(可从法国Coatex Arkema购得)
121：空间流变改性剂(可从法国Coatex Arkema购得)
PVA BF-04：全水解聚乙烯醇(可从台湾长春石油化学股份有限公司(Chang ChunPetrochemical Co.,Ltd.,Taiwan)购得)
III.方法
10.覆层制备
在实验中，制备并评价了不同的涂覆组合物，如下所述。通过轻柔地搅拌将各个填充剂浆液和粘合剂浆液在烧杯中混合，得到具有初始固体含量的涂覆组合物。随后，在不抽出空气的情况下在较高剪切条件下混合水性涂覆组合物，直到组合物的各个相在视觉上混合均匀。为了调节水性涂覆组合物的最终固体含量，通过再次在不抽出空气的情况下在较高剪切条件下混合来添加计算量的水。所有混合步骤均用型号LD 50的Pendraulik实验室溶解器进行。
11.可拉伸性测试方法
为了评价实验中组合物的可拉伸性，将组合物的涂覆层施加至可拉伸纸并用由Omya研发和由NorbertMaschinen(祖芬根(Zofingen))制造的新研发的3D成形性测试仪(3D formability tester)进行测试。图9a–d示出了说明由铝建造的成形性测试仪的主要尺寸的示意图。测试装置的关键元件是具有125mm直径和30mm宽度的成型轮(profiled wheel)。该轮廓(profile)覆盖轮的圆周的一半，并像隆起测试中的膜一样从平坦表面发展成半圆。拉伸水平沿具有总测试长度19.6cm的轮廓(轮直径*pi/2)在起始点处从0％(30mm的拉伸长度和30mm的被拉伸材料)连续发展成终点处的57％(30mm的拉伸长度和47.1mm的被拉伸材料)。该轮是测试仪器的上部主体的一部分，并与两个平行轨道连接，这两个平行轨道也是上部主体的一部分并在手动拉动进行测试时引导该轮。上部主体的示出朝向下部主体的表面与轮的非成型(un-profiled)部分共面。测试仪器的下部主体是具有30mm宽凹槽的铝制大块，凹槽具有断边(broken edges)，在测试期间将轮廓压入纸时，断边不会切割纸。为了避免在成形期间滑纸，可以在边缘的正上方胶合砂纸，以牢固地将测试纸保持在测试仪器的上部主体和下部主体之间。
为了测试，涂覆的纸被夹在测试仪器的上部主体和下部主体之间，涂覆表面面向下部主体的凹槽。由于纸例如在在机器方向(生产纸的方向，MD)上破裂时具有较高的伸长率这一事实，应在纸的横向(CD)上切割样品，以利用MD上较高的拉伸率，分别地，轮在CD上滚动，且由轮的宽度产生的拉伸被应用在MD上。由受过训练的人员操作测试仪器，以确保关于测试速度、夹紧力和测量的起始点的结果有可比较性。由于纸和轮表面之间的摩擦，轮滚过纸，并将轮廓压入纸。无上述覆层的材料的明显破裂具有约35％-40％的拉伸水平，或在约12cm的测试长度后停止(制动，brake)。在10cm的测试长度或29％的拉伸后测试涂覆样品。
为了使裂纹更加可见，用Neocarmin W(默克(MERCK))涂刷涂覆的表面，NeocarminW是一种用于对裂纹处可见的纤维素纤维进行上色的测试液体，并用柔软的纸巾轻柔地将其清除。从测试区域的中间在测试长度10cm处切割出足够大的用于显微镜评价的样品，并将其胶合至平坦的纸板。使用立体显微镜以约16倍的放大倍数对样品进行成像(Leica(莱卡))。
这些图像可以用于进行定性评价或通过图像分析手段进行进一步分析。
12.涂覆组合物的应用和测试
在实验中，用变速刮涂式涂覆机(variable speed drawdown coater)(K机动涂覆机303(K Control Coater 303)，型号625，可从德国黑默Erichsen GmbH&Co.KG购得；从2m/min增加到40m/min的12个速度级以及允许以指定速度增加涂敷重量的10个涂敷杆)将覆层施加至基底。
在如上所述的3D成形性测试仪中对涂覆样品进行拉伸。
随后，通过显微镜图像的评价研究裂纹的形成。
13.粘合剂类型筛选
进行了总体筛选，以确定适合类型的粘合剂。在筛选中，制备了包括100份(干重)填料1和20份(干重)不同粘合剂的涂覆组合物，并将该涂覆组合物施加至可拉伸纸基底(100g/m2的(不是叠层材))。组合物的固体含量为约60％。在机器方向上进行了涂覆，覆层重量为约20g/m2。从涂覆基底切割出样带。施加纺织色(Neocarmin)，以使裂纹可见。将带进行拉伸并拍摄显微图像。然后对图像进行分析。下面表1示出了结果。
表1.“SA”指苯乙烯-丙烯酸共聚物并且“VA”指乙烯-丙烯酸共聚物。
从表2可以看出，给出可接受的开裂程度的所有粘合剂均具有8℃以下的Tg。
14.粘合剂水平
为了找到合适水平/量的粘合剂，进行了测试。在测试中，制备了包括100份(干重)填料1以及10、15或20份(干重)Appretan E2100粘合剂的涂覆组合物，并将这些涂覆组合物施加至可拉伸纸基底(100g/m2的(不是叠层材))。组合物的固体含量为约60％。在机器方向上进行了涂覆，且覆层重量为约20g/m2。从涂覆基底切割出样带。施加纺织色(Neocarmin)，以使裂纹可见。将带进行拉伸并拍摄显微图像。然后对图像进行分析，并量化每个覆层中的开裂。对每种组合物分配了“开裂数”。下面表2示出了结果。
表2
从表2得出结论，要得到可接受的结果需要至少15份粘合剂。还得出结论，超过15份诸如至少16份是优选的，因为20份产生比15份少的开裂。
15.颜料粒径
为了找到合适的颜料粒径，进行了测试。在测试中，制备了包括100份(干重)无机填料和20份(干重)Appretan E2100粘合剂的涂覆组合物，并将该涂覆组合物施加至可拉伸纸基底(100g/m2的 (不是叠层材))。测试了具有不同粒径的三种不同的无机填料。组合物的固体含量为约60％。在机器方向上进行了涂覆，且覆层重量为约20g/m2。从涂覆表面切割出样带。施加纺织色(Neocarmine，默克密理博)，以使裂纹可见。将带进行拉伸并拍摄显微图像。然后对图像进行分析，并量化每个覆层中的开裂。对每种组合物分配了开裂数。下面表3示出了结果。
表3.“BET SSA”指BET比表面积。
从表3可以看出，受试的三种类型的填料均产生了可接受的开裂。然而，从表3得出结论，优选的是使用具有低于18m2/g的BET比表面积的填料，因为填料1和2产生比填料3少得多的开裂。
16.纸表面性质
通过连续实验室规模涂覆和印刷试验研究了根据本公开内容的涂覆组合物的印刷性质以及纸3D成形后印刷质量的变化。
涂覆组合物包括100份(干重)填料1和15份(干重)三种不同粘合剂之一(见表4)。用Durrer连续实验室涂覆机使用杆计量(C23，杆压力约1巴，杆转速12rpm)以20m/min的涂覆速度将涂覆组合物施加至可拉伸纸基底(100g/m2的(不是叠层材))。
评价了光学性质(CIE白度)和平滑度(Parker印刷表面)方面的涂覆的纸表面性质。
对涂覆的纸张进行了如上所述的3D成形测试。
表4
正如预期的，表4的涂覆组合物在白度和平滑度方面显著改善了纸表面质量。3D成形在涂覆层中造成一些微小(但可接受)的裂纹，这表明15份是可接受粘合剂水平的下端。
填料/粘合剂比；粘合剂上限
为了评价粘合剂上水平，根据表5制备了涂覆组合物。
用变速刮涂式涂覆机(K机动涂覆机303，型号625，可从德国黑默Erichsen GmbH&Co.KG购得；从2m/min增加到40m/min的12个速度级以及允许以指定速度增加涂敷重量的10个涂敷杆)将覆层施加至基底，并用上文所述的3D成形性测试方法对样品进行了测试。
表5.
分析表明在覆层制剂中较高的粘合剂水平(即，>20份)时，覆层变得透明。因此，从光学角度来看，这种较高的粘合剂水平是不理想的。
增稠剂的使用
研究了增稠剂(流变改性剂)对可拉伸性的影响。
用Durrer连续实验室涂覆机使用杆计量(C23，杆压力大约1巴，杆转速12rpm)以20m/min的涂覆速度施加覆层(见表6)。
表6
*增稠剂
如上所述对涂覆的纸张进行3D成形性测试。视觉评价确定了包括增稠剂(见表7)的覆层中与不含增稠剂的参考覆层相同(可接受)的裂纹图案。得出结论，添加增稠剂对可拉伸性没有负面影响。
表7
视觉评价
R1 几乎无裂纹
R2 几乎无裂纹
含黏土的涂覆组合物
研究了黏土对涂覆组合物的可拉伸性的影响。此外，黏土被视为可以包括在可拉伸覆层中的其他颗粒的代表实例。根据表8制备施加了涂覆组合物。
填料4：1号黏土(Hydragloss 90)，高亮度极细黏土，d98＝<2μm；固体含量73％(可从瑞士Omya购得)
表8
如上所述对涂覆的纸张进行了3D成形性测试。
对显微图像进行的视觉评价表明含黏土样品的令人满意的可拉伸性。仅观察到一些微小的裂纹。表9汇总了评价。
表9
视觉评价
K1 几乎无裂纹
K2 几乎无裂纹
K3 几乎无裂纹
苯乙烯/丁二烯粘合剂
在另一实验方案中研究了包括基于苯乙烯/丁二烯粘合剂(SB粘合剂)的涂覆组合物的可拉伸性。
测试了下述SB粘合剂：
P 5100：羧基苯乙烯/丁二烯共聚物分散体；Tg-2℃(可从德国Synthomer购得)
SX 1024：苯乙烯/丁二烯共聚物分散体；Tg-15℃(可从德国Synthomer购得)
S 7641：自交联苯乙烯/丁二烯共聚物分散体；Tg-44℃(可从德国Synthomer购得)
表10中描述了包括SB粘合剂的涂覆组合物。
表10
用变速刮涂式涂覆机(K机动涂覆机303，型号625，可从德国黑默Erichsen GmbH&Co.KG购得；从2m/min增加到40m/min的12个速度级以及允许以指定速度增加涂敷重量的10个涂敷杆)将覆层施加至基底，并用上文所述的3D成形性测试方法对样品进行了分析。
样品的视觉评价确定了显著的开裂(见表11)，并得出结论，本公开内容的可拉伸覆层中不能使用低Tg的SB粘合剂。
表11
视觉评价
S1 裂纹严重
S2 裂纹严重
S3 裂纹明显
其他丙烯酸粘合剂
在一实验方案中评价了三种其他丙烯酸粘合剂的可拉伸性(见下文)。
D270：热塑性丙烯酸聚合物的水性乳浊液；Tg-42℃(可从德国Synthomer购得)
D 5240：丙烯酸酯共聚物分散体；Tg-43℃(可从德国Synthomer购得)
X 4427：丙烯酸共聚物的水性乳浊液；Tg-40℃(可从德国Synthomer购得)
制备并评价了表12的涂覆组合物。
用变速刮涂式涂覆机(K机动涂覆机303，型号625，可从德国黑默Erichsen GmbH&Co.KG购得；从2m/min增加到40m/min的12个速度级以及允许以指定速度增加涂敷重量的10个涂敷杆)将覆层施加至基底，并用上文所述的3D成形性测试方法对样品进行了分析。
视觉评价确定几乎无裂纹(见表13)，并得出结论：与表1的那些相比，其他低Tg的丙烯酸粘合剂也提供具有令人满意的可拉伸性的涂覆层。
表13
视觉评价
A1 几乎无裂纹
A2 几乎无裂纹
A3 几乎无裂纹
双覆层构思，预覆层重量的影响
评价了双覆层构思。在第一实验中，检查了预覆层重量的影响。下面表14给出了预覆层(V1-V3)的细节。用Durrer连续实验室涂覆机使用杆计量(杆压力大约1巴，杆转速12rpm)以20m/min的涂覆速度施加预涂覆层。
表14
在预覆层上，施加了具有表15的特性的顶覆层(D1-D3)。
用Durrer连续实验室涂覆机使用杆计量(C15，杆压力大约1巴，杆转速12rpm)以20m/min的涂覆速度施加了第二涂覆层。
表15
如上所述对涂覆的纸张进行了3D成形性测试。
表16中汇总了视觉评价的结果。得出结论，较高的预覆层重量(如，>6g/m2，优选地>8g/m2)有益于可拉伸双层覆层的整体可拉伸性。
表16
视觉评价
V1+D1 裂纹明显
V2+D2 几乎无裂纹
V3+D3 几乎无裂纹
光学增亮剂的使用
评价了具有可拉伸覆层的双覆层构思。在实验中，评价了光学增亮剂(OBA)在顶涂层中的影响。
预涂层V4和V5是与V3相同的(见表15)。
用Durrer连续实验室涂覆机使用杆计量(C23，杆压力大约1巴，杆转速12rpm)以20m/min的涂覆速度施加预涂覆层。
在预覆层上，施加了根据表17的顶覆层(O1和O2)。用Durrer连续实验室涂覆机使用杆计量(C15，杆压力大约1巴，杆转速12rpm)以20m/min的涂覆速度施加了第二涂覆层。
表17
覆层 O1 O2
填料1(重量份) 100 100
Appretan E6200(重量份) 20 20
PVA BF-04(重量份) 0.2
Blancophor PT(重量份) 0.25
覆层重量(g/m2) 10.3 9.4
初始固体含量(％) 70.6 70.4
最终固体含量(％) 55.4 56.8
如上所述对涂覆的纸张进行了3D成形性测试。
表18中汇总了受试样品的视觉评价。得出结论：在双覆层构思的顶覆层制剂中使用OBA对涂覆层的可拉伸性没有影响。对单层构思可能获得类似的结果。
表18
视觉评价
V4+O1 几乎无裂纹
V5+O2 几乎无裂纹
TiO2的使用
评价了具有可拉伸覆层的双覆层构思。在实验中，评价了附加二氧化钛在顶覆层组合物中的影响。
预涂覆层V6和V7是与V3相同的(见表15)。用Durrer连续实验室涂覆机使用杆计量(C23，杆压力大约1巴，杆转速12rpm)以20m/min的涂覆速度施加预涂覆层。
在预涂覆层上施加了根据表19的顶覆层。用Durrer连续实验室涂覆机使用杆计量(C15，杆压力大约1巴，杆转速12rpm)以20m/min的涂覆速度施加了第二涂覆层。
表19
覆层 X1 X2
填料1(重量份) 100 80
填料5(重量份) 20
Appretan E6200(重量份) 20 20
覆层重量(g/m2) 10.3 10.0
初始固体含量(％) 70.6 69.6
最终固体含量(％) 55.4 57.2
如上所述对涂覆的纸张进行了3D成形性测试。
表20汇总了测试结果的视觉评价。得出结论：向顶覆层制剂添加TiO2造成特性可接受的微小局部裂纹。对单层构思可能获得类似的结果。
表20
视觉评价
V6+X1 几乎无裂纹
V7+X2 局部微小裂纹
可拉伸FibreForm叠层材的Multivac成形测试
用10g/m2的预覆层和10g/m2的顶覆层1或2(见表21)涂覆可拉伸纸(100g/m2，瑞典销售)。在顶覆层中，无机填料的比表面积比预覆层中的大。当比较顶覆层时，顶覆层2中无机填料的比表面积比顶覆层1中的大。使用软压区压光机(soft nip calender)对涂覆的纸进行压光(温度：140℃；线负荷：70kN/m；速度：300m/min)。
作为参考，用15g/m2的参考覆层涂覆了相同的可拉伸纸(见表21)。使用另一软压区压光机对该涂覆参考纸进行压光(温度：180℃；线负荷：50kN/m；速度：300m/min)。
*可从OMYA购得
**苯乙烯/丁二烯粘合剂
将涂覆材料印刷在涂覆侧上，然后用150g/m2的FibreForm进行叠层。30g/m2的聚乙烯(PE)用作在层之间的胶。向材料的背侧施加另外40g/m2。该印刷留出了未印刷区域，以供分析(见下文)。
在位于瑞典的成形实验室中在MultiVac线上形成了成卷的叠层材料。使用了火腿盘形式，具有成形深度20mm，以及边缘角37°。使用105℃的加热板将材料预加热大约1s，然后与板接触时在0.2秒内拉伸至最终成形深度。该成形摩擦性低，并且出现的任何裂纹都不是来自于与该模板(form)的接触。
为了使裂纹可见，用细颜料粉末对未印刷区域进行处理，并使用软刷将多余的刷掉。然后使用USB显微镜拍摄样品的图像。
顶覆层1构思显示出的裂纹最少。顶覆层构思2显示出较多的但尚可接受的开裂。参考样品显示出不可接受的开裂。
因此，MultiVac成形测试表明本发明构思在工业规模环境中是可行的。此外，其证实了无机填料的比表面积相对较小是有益的，而且丙烯酸粘合剂也发挥作用，而苯乙烯/丁二烯粘合剂产生不可接受的开裂。最后可以得出结论：压光似乎会改善开裂行为，这可能(不限于任何特定科学理论)是由于涂覆层的稠化导致具有程度更高的粘合面积的更为柔韧的覆层。

Claims (16)

1.一种涂覆的纸材料，包括涂覆有组合物的纸基底，所述组合物包括：
具有-3℃或更低的玻璃转化温度(Tg)的至少一种丙烯酸粘合剂，和
具有在1.0m2/g至30.0m2/g范围内的BET比表面积的至少一种无机填料，
其中，所述至少一种丙烯酸粘合剂与所述至少一种无机填料的干重比在15:100至20:100之间，诸如在16:100至20:100之间。
2.根据权利要求1所述的涂覆的纸材料，其中，所述纸基底包括至少两个纸层，所述至少两个纸层包括用所述组合物涂覆的顶纸层。
3.根据权利要求1或2所述的涂覆的纸材料，其中，所述纸基底或其所述顶纸层在机器方向(MD)和/或横向(CD)上的可拉伸性(ISO 1924/3)为至少3％，诸如至少5％或7％。
4.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆的纸材料，其中，所述至少一种丙烯酸粘合剂的Tg为-10℃或更低，诸如-15℃或更低，诸如-20℃或更低。
5.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆的纸材料，其中，所述至少一种无机填料的BET比表面积在2.0m2/g至20.0m2/g的范围内，诸如3.0m2/g至17.5m2/g，诸如4.0m2/g至15m2/g，诸如5.0m2/g至13m2/g。
6.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆的纸材料，其中，涂层重量为8-30g/m2。
7.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆的纸材料，其中，所述至少一种丙烯酸粘合剂选自由下述组成的组：
丙烯酸均聚物；
甲基丙烯酸均聚物；
由至少两种不同单体构成的共聚物，一种单体具有丙烯酸官能团或甲基丙烯酸官能团，且另一种单体具有选自由苯乙烯、乙烯基和烯丙基组成的组的官能团；以及
它们的混合物。
8.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆的纸材料，其中，所述至少一种丙烯酸粘合剂为丙烯酸均聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、苯乙烯-丙烯酸共聚物，或它们的混合物。
9.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆的纸材料，其中，所述至少一种无机填料的重量中值粒径d50在0.1μm至5.0μm的范围内，诸如0.3μm至3.0μm，诸如0.4μm至2.0μm，诸如0.5μm至1.5μm。
10.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆的纸材料，其中，所述至少一种无机填料选自由含碳酸钙的材料、黏土、高岭土及其混合物组成的组，其中，含碳酸钙的材料选自由天然重质碳酸钙(GCC)、沉淀碳酸钙(PCC)、白云石及其混合物组成的组。
11.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆的纸材料，其中，以所述组合物的干重计，所述至少一种丙烯酸粘合剂和所述至少一种无机填料一起构成所述组合物的至少90wt.-％。
12.根据前述权利要求中任一项所述的涂覆的纸材料，其中，所述涂覆的纸材料的涂覆表面被印刷，该印刷表面可选地被阻隔层覆盖。
13.一种包装，所述包装包括由根据权利要求1-12中任一项所述的涂覆的纸材料构成的至少一个壁。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的涂覆的纸材料或包装，包括通过拉伸所述涂覆的纸材料的一部分形成的隆起或凸起。
15.一种形成三维图案的方法，包括下述步骤：使包括根据权利要求1-12中任一项所述的涂覆的纸材料的物品经受成形操作，诸如冲压成形或热成形，以在所述涂覆的纸材料中形成三维图案，其中，在所述成形操作期间，所述涂覆的纸材料的一部分被拉伸。
16.一种三维物品，所述三维物品包括由根据权利要求1-12中任一项所述的涂覆的纸材料构成的结构元件。
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