CN109844221A - 耐油、耐油脂和耐湿的纸板 - Google Patents

Abstract

公开了一种涂布纸板，其包括底涂层和面涂层，所述底涂层和面涂层大致不包含含氟化合物或蜡、展现出良好的耐油和耐油脂性、没有趋于粘合的倾向，并且可完全再浆化。还展现出改进的耐湿性。

Description

耐油、耐油脂和耐湿的纸板

相关申请的引用

本申请是2017年7月31日提交的美国申请序列号15/664,218的继续申请，该申请是2016年9月7日提交的美国申请序列号15/258,181的部分继续申请，美国申请序列号15/258,181是2016年8月8日提交的美国申请序列号15/230,896（现在是美国专利 9,670,621）的部分继续申请，该美国申请序列号15/230,896是2016年2月8日提交的美国申请序列号15/017,735的部分继续申请，该美国申请序列号15/017,735在35 U.S.C. §119(e)下要求2015年2月11日提交的美国临时申请序列号62/114,716和2015年5月20日提交的序列号62/164,128的优先权的权益，所有以上各者均通过引用以其相应的整体并入本文。本申请在35U.S.C. §119(e)下也要求2016年8月9日提交的美国临时申请序列号62/372,403的优先权的权益，所述临时申请通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本公开涉及纸板基体，其具有耐油和耐油脂性，还具有完全可回收性并且没有趋于粘合（block）的倾向，且此外是可堆肥的。

背景技术

使用可再生、可回收和/或可堆肥材料的可持续包装越来越多且强烈地被期望用于食品服务和食品包装。纸或纸板本身是用于包装应用的最可持续材料之一；然而，纸或纸板常常涂布有或层压有屏障材料以满足包装的要求。这些附加的屏障涂层或薄膜常常使成品包装不再可再浆化或可堆肥。例如，广泛使用的聚乙烯涂布纸板在通常条件下既不可堆肥也不可回收。聚交酯涂布纸板能够是在工业条件下可堆肥的，但其不可回收。

耐油和耐油脂性是食品和食品服务业中纸板包装的首要需求之一。已经采用包括专用化学物质（蜡、含氟化合物、淀粉、聚乙烯醇（PVOH）、海藻酸钠等）处理、聚合物挤出涂层（聚乙烯等）的若干技术以提供纸板包装的耐油和耐油脂性。然而，用蜡处理或用聚乙烯涂布的纸或纸板（其目前被用在耐油和耐油脂包装中）难以再浆化并且不如常规纸或纸板那样容易可回收。用诸如含氟化合物之类的专用化学物质处理的纸或纸板具有潜在的健康、安全和环境隐患，并且科学家已经叫停在包括包装材料的普通消费产品中不必要地使用含氟化合物。

存在对于耐油和耐油脂纸板的需求，其中所述纸板是可回收的、可堆肥的、低成本的并且没有环境或者安全隐患。水性涂层是实现这些目的的前景光明的解决方案之一。然而，粘合（一卷纸板中的层粘到彼此的倾向）是水性屏障涂布的纸板的生产和转化（convert）过程中的具有挑战性的技术障碍，并且粘合也是水性屏障涂层的机上应用的主要技术障碍。此外，大多数水性屏障涂层不是可完全再浆化的。共同转让的美国申请15/017,735（公开为美国公开专利申请No. 2016-0230343 A1）解决了这些问题，其通过引用并入本文。然而，进一步期望具有一种可堆肥的纸板。针对纸或纸板的可堆肥性的ASTMD6868-11标准规范要求任何不可生物降解的有机成分少于成品的干重的1％，并且不可生物降解的有机成分的总份额不能够超过总重量的5％。大多数常规或可商业获得的水性屏障涂层使用高至纯的合成聚合物粘结剂水平，这使得满足针对ASTM可堆肥性标准的该小于1％的不可生物降解组分要求同时实现包装所需的屏障性能极具挑战性。

发明内容

在目前的工作中，具有屏障性质的某些创造性涂层已经实现ASTM可堆肥性标准，至少对于12厚度（caliper）（0.012”）或更高的纸板而言如此。在更低厚度的纸板的情况下，（多个）涂层通常贡献总重量的更大份额，其结果是，涂层中的不可生物降解的有机成分变得高于此类更低厚度纸板的1％。

本发明的一般目的是用包含可再生天然材料（改性淀粉）和专用合成粘结剂的至少一层水性涂层涂布纸板的“屏障”侧，从而导致涂布的耐油和耐油脂纸板（即，10 pt.厚度及以上）满足针对可堆肥性标准的小于1％的不可生物降解组分要求。涂层能够或者被施加在造纸机上或者由离线涂布机施加，并且能够以两个涂布步骤（或两遍）施加以进一步增强屏障性质。根据本发明涂布的纸板提供耐油和耐油脂性，不具有任何粘合倾向，符合安全和环境法规，可完全再浆化，可堆肥，并且能够以低成本生产。

在一个实施例中，公开了一种涂布纸板，其包括：纸板基体；以及多层涂层，其具有与纸板基体接触的两层或更多层。多层涂层包括：与纸板基体接触的底涂层，该底涂层具有从6至10 lbs每3000 ft²的涂层重量并且包括粘结剂和颜料；以及形成多层涂层的最外层的面涂层，该面涂层具有从3至10 lbs每3000 ft²的涂层重量并且包括粘结剂和颜料。涂布纸板具有至少0.010”的厚度，并且根据针对可堆肥性的ASTM D6868-11标准是可堆肥的。

在一个实施例中，公开了一种处理纸板的方法，该方法包括：提供纸板基体，该纸板基体具有第一侧和第二侧；以及向第一侧施加具有两层或更多层的多层涂层。多层涂层通过以下步骤施加：施加与纸板基体接触的底涂层，该底涂层具有从6至10 lbs每3000 ft²的涂层重量并且包括粘结剂和颜料；以及施加形成多层涂层的最外层的面涂层，该面涂层具有从3至10 lbs每3000 ft²的涂层重量并且包括粘结剂和颜料。处理后的纸板具有至少0.010”的厚度，并且根据针对可堆肥性的ASTM D6868-11可堆肥性标准是可堆肥的。

附图说明

图1图示了用于在纸板机器上生产基料的方法；

图2图示了用于通过在纸板机器上向两侧施加涂层来处理来自图1的基料的方法；

图3图示了用于通过在纸板机器上向一侧施加涂层来处理来自图1的基料的方法；

图4图示了用于通过在机外（off-machine）涂布机上向一侧施加涂层来处理来自图1的基料的方法；

图5图示了用于测量纸板的粘合的装置；

图6是若干涂层的耐油/耐油脂性（3M试剂盒水平）相对涂层重量的图表；以及

图7是若干涂层的耐油性（Cobb）相对涂层重量的图表。

具体实施方式

图1和图2图示了用于用一层或多层水性涂层涂布纸板幅的示例性造纸机上方法。呈环形带形式的成型网110经过胸辊115，该胸辊接近流浆箱120旋转。流浆箱提供传递到运动的成型网110上的具有相当低稠度（例如，大约0.5%固体）的水中纤维浆料。在第一距离230期间，水从浆料排出并且通过成型网110，从而形成湿纤维的幅300。浆料在距离130期间可仍具有湿的表观，因为其表面上存在自由水。随着排水继续，在某一时刻，自由水可从表面消失，并且在距离231上，水可继续排出，不过表面看似不存在水。

最后，幅由引纸毯或压榨毯携带通过一个或多个压榨装置，诸如压辊130，其通常在施加压力、真空且有时热的情况下帮助使幅进一步脱水。在压榨之后，仍相对湿的幅300被干燥，例如使用干燥机或干燥区段401、402，以产生干幅（"原料"）310，其然后可行进通过施胶压榨机510，该施胶压榨机应用表面施胶以产生施有胶的“基料”320，该施有胶的“基料”然后可行进通过附加的干燥机区段403和（在图2上）诸如压光机520的平滑步骤。

基料320然后可行进通过一个或多个涂布机。例如，涂布机530可向幅的第一侧（"C1"）施加第一涂层（"BC"），并且第一涂层可在一个或多个干燥机区段404中被干燥。涂布机540可向幅的第一侧施加第二涂层（“TC”），并且第二涂层可在一个或多个干燥机区段405中被干燥。

如果将在两侧上涂布幅，则涂布机550可向幅的第二侧（"C2"）施加第一涂层，并且该涂层可在一个或多个干燥机区段406中被干燥。涂布机560可向幅的第二侧施加第二涂层，并且该涂层可在一个或多个干燥机区段407中被干燥。涂布机540、550的次序可调换，使得两侧C1和C2首先被给予第一涂层，且然后一侧或两侧被给予第二涂层。在一些情况下，如图3中所示将仅涂布一侧，或者可仅施加第一涂层。在一些情况下，可向一侧施加第三涂层或更多涂层。

代替如图2和图3中所示由机上涂布机施加涂层，可如图4中所示由机外涂布机施加涂层。在这样的情况下，已经在造纸机上生产且缠绕于卷轴572上的纸板然后可被运输（作为卷轴或作为更小的卷）到机外涂布机600，在该处纸板从卷轴572展开、由涂布机610给予第一涂层、在（多个）干燥机601中干燥、由涂布机620给予可选的第二涂层、在（多个）干燥机602中干燥、可选地被给予进一步处理（诸如，光泽压光）且然后缠绕到卷轴573上。机外涂布机能够代替地向纸板的一侧施加单个涂层，或者能够向每侧施加单个涂层，或者能够向任一侧或两侧施加多于一个涂层。替代性地，一些涂布可在造纸机上完成，并且附加的涂布在机外涂布机上完成。

可使用各种类型的涂布装置。图2至图4中所图示的涂布机是其中涂层被保持在盘中、由辊运送到幅的下表面（取决于幅路径，其可为第一侧或者第二侧中的任一者）且然后当幅围绕支承辊部分地包绕时由刮刀刮除过量涂层的装置。然而，可代替地使用其他涂布机类型，包括但不限于帘式涂布机、气刀涂布机、棒式涂布机、薄膜涂布机、短驻留涂布机、喷涂机和计量薄膜施胶压榨机。

可根据成品纸板的期望性质选择涂层中所使用的具体材料。例如，一侧（例如，C1）可以被给予提供期望的适印性的（多个）涂层，同时另一侧（例如，C2）可被给予提供耐油和耐油脂性（OGR）的（多个）屏障涂层。可在OGR涂层之前施加适印性涂层，或者，可在适印性涂层之前施加OGR涂层。

在涂布机之后，可存在附加设备以便进一步处理，诸如附加的平滑，例如光泽压光。最后，幅被紧紧地缠绕到卷轴570上。

在先前的描述中且用图1至图4高水平地概述了造纸和涂布的大体过程，我们现在转向本发明的涂层。通常的水性屏障涂层常常使用（多种）专用聚合物、蜡和/或更高的聚合物粘结剂水平（相比于常规印刷涂层）。这些涂层能够引起关于涂布纸板的可再浆化性的问题，这是因为涂层通常难以分解成可接受的大小或者趋于在用回收纤维制成的纸板中形成“胶粘物”。由于涂层中合成聚合物粘结剂的高含量，涂层中各个有机组分中的每一个都满足ASTM D6868-11可堆肥性标准的小于1％的不可生物降解组分要求是极具挑战性的。

此外，许多屏障涂层给予纸板或者在卷轴570、571、572、573中或者在其被再缠绕成卷之后'粘合'的倾向（层粘在一起）。具体地在卷轴570中，可存在来自干燥机的残余热，因为卷轴的大质量，所以残余热可能相当慢地耗散。更高的温度可增加趋于粘合的倾向。

公知的是用常规适印性涂层涂布的纸板通常不粘合并且通常可完全再浆化。将有利的是如果不粘合且可完全再浆化的涂层也至少在某种程度上设有屏障性质。然而，常规的适印性涂层不提供令人满意的屏障性质。它们的配方具有相对低水平的粘结剂以便吸收而不是排斥流体（例如，印刷墨）。

常规适印性涂层中的粘结剂量针对底涂层而言能够在按重量计每100份颜料15至25份的范围中，并且针对面涂层而言在按重量计每100份颜料10至20份的范围中。印刷等级将往往处于这些范围的下半部分中。限制面涂层中的粘结剂量可允许印刷墨或粘合剂容易地吸收到适印性涂层中。简单地增加粘结剂以改进屏障性质最终干扰适印性并且引起额外的问题，包括粘合和可再浆化性问题。

类似的粘合和可再浆化性问题与使用（多种）专用聚合物和/或更高聚合物粘结剂水平（相比于适印性涂层）的许多水性屏障涂层共同存在，且具有涂布纸板不可完全回收并且在升高的温度或压力下趋于粘合的有害影响。

相比之下，本申请中所公开的创造性涂层提供易于再制浆，满足ASTM可堆肥性标准的组分要求，在升高的温度和压力下不粘合，并且显示出良好的屏障性质，同时使用低成本且可容易获得的常规颜料以及合成和天然粘结剂作为纸或纸板业的涂层材料。

常规颜料被用在本发明中，并且可包括但不限于高岭土、碳酸钙等。本文的示例中所使用的颜料被给予以下“速记”名称：

"Clay-1"高岭土，例如1号超细粘土

"Clay-2"具有高纵横比的片状粘土

"CaCO₃-1"粗磨碳酸钙（粒子大小60%<2微米）

"CaCO₃-2"细磨碳酸钙（粒子大小90%<2微米）。

合成聚合物粘结剂可包括但不限于，苯乙烯-丙烯酸酯共聚物（SA）、聚乙酸乙烯酯（PVAc）和苯乙烯-丁二烯共聚物（SB）等。天然粘结剂可包括但不限于淀粉、藻酸盐、蛋白质等。常规的苯乙烯-丙烯酸酯粘结剂（SA，PHOPLEX® C-340，可从陶氏化学公司（DowChemical Company）获得）、丙烯酸聚合物粘结剂（Basonal® X400AL，可从巴斯夫公司（BASF Corporation）获得）、淀粉粘结剂（Pen-cote® D UHV，可从宜瑞安股份有限公司（Ingredion Incorporated）获得），或者Pen-cote® D与SA或Basonal®的共混物被用在本文所描述的示例中。使用Pen-cote® D的益处包括其可直接分散在配方中、增加涂层配方固体、并且有可能能够消除其他增稠剂。示例中粘结剂的选择不意味着以任何方式是限制性的。

根据表1中所示的配方制备包括本发明中的对照涂层的涂层，表1提供水性涂层（C-对照，CF-可堆肥配方）配方的干部分中的主要成分的列表，所述配方用于实现耐油和耐油脂性和，以及满足ASTM可堆肥性标准的组分要求，而不存在粘合或可再浆化性问题。表3和表4中示出测试结果。

实质上没有含氟化合物被用在涂层中。"实质上没有含氟化合物"意味着不有意利用含氟化合物，并且任何存在的量将至多是痕量。尽管在实验室实验中能够排除含氟化合物，但是由于制造各种等级的产品，痕量的这样的材料可能存在于一些造纸机系统中，或者可能通过回收过程被引入造纸系统中。同样地，实质上没有蜡被用在涂层中。

表1中所示的配方的总粘结剂与颜料之比（按重量计，粘结剂的份数与100份颜料之比）在从30到35的范围中。这大于通常的适印性涂层的粘结剂与颜料之比（其中期望墨的快速吸收）且小于通常的屏障涂层的粘结剂与颜料之比。因此，似乎有效的粘结剂与颜料之比可以是从每100份颜料大约25至大约40份粘结剂（按重量计），或者从每100份颜料30至35份粘结剂。然而，也许可用略微更大的范围实现可接受的结果（良好的3M试剂盒测试、不粘合以及良好的可再浆化性）。将作为天然可生物降解材料的淀粉（诸如，Pen-cote® D）共混到配方中有助于满足针对ASTM可堆肥性标准的小于1％的不可生物降解组分要求，同时维持屏障性能。在最终配方中添加高达5份的Pen-cote® D淀粉。

使用具有18 pt.（0.018”）的厚度的全硫酸盐漂白纸（SBS）基体制造纸板样品。样品在一侧（本文被称为“屏障侧”）上使用试验（pilot）刮刀涂布机涂布有一层涂层。预期试验结果代表在生产造纸机或生产机外涂布机上可实现的结果。

通过3M试剂盒测试（TAPPI标准T559 cm-02）在“屏障侧”上测量样品的耐油和耐油脂性（OGR）。就该测试而言，级别是从1（最小的耐油和耐油脂性）至12（优异的耐油和耐油脂渗透性）。这里的结果给出在1至6之间的3M试剂盒水平（见表3）。对于每种具体配方，在更高的涂层重量的情况下获得更高的值。最有趣的是，发现在相当的涂层重量下，Basonal®粘结剂本身（C2配方）在3M试剂盒水平方面比SA粘结剂（C1配方）表现更佳（见表3）；此外，在相当的或略微更高的涂层重量下，将Pen-cote® D淀粉与Basonal®（CF1-3）共混维持了在3M试剂盒水平方面与使用Basonal®本身一样的性能，同时满足针对ASTM可堆肥性标准的小于1%的不可生物降解组分要求。尤其是，实现了4至5的3M试剂盒水平（适合于大多数食品服务包装），同时满足可堆肥性标准。

除了3M试剂盒测试之外，还使用吸油性（油Cobb）来量化和比较OGR性能（耐油和耐油脂性），其测量在具体时间（例如，30分钟）内由1平方米涂布纸板吸收的油的质量。对于测试的每种条件，样品被切割以提供两片样品（piece），每片6英寸×6英寸见方。临测试之前对每片方形样品称重。然后，将4英寸×4英寸（16平方英寸或0.0103平方米的面积）见方的浸透花生油的吸墨纸放在测试试样的中心（屏障侧）上并轻轻地压以确保含油吸墨纸的整个区域接触涂布表面。在如通过秒表监测的30分钟之后，使用镊子轻轻移除含油吸墨纸，并使用拭擦纸（KimwipesTM）从涂布表面擦除过量的油。然后，再次对测试试样称重。测试前后的重量差（以克为单位）除以0.0103平方米的测试面积给出油Cobb值（以克/平方米为单位）。

作为表3中所示的油Cobb结果，相比于两种对照配方（C1或C2），包含Basonal®和Pen-cote® D淀粉的所有配方（CF1-4）都显示出类似或改进的（更低的）油Cobb值，同时它们全部都满足ASTM可堆肥性标准。这证实了3M试剂盒结果；并且最有趣的是，尽管涂层重量为11.3 lb/3msf下的CF4显示3.8的3M试剂盒水平，但它在实际油保持方面表现非常好，显示出在30分钟内4.9 gsm的油Cobb（表3）。

通过WVTR（38℃和90％相对湿度下的水蒸气透过率；TAPPI标准T464 OM-12）和水Cobb（TAPPI标准T441 om-04）评估涂层的耐湿性。相比于两种对照配方（C1或C2），包含Basonal®和Pen cote® D淀粉的所有配方（CF1-4，表3）都显示出类似的水Cobb和WVTR值，同时它们全部都满足ASTM可堆肥性标准。

通过评估屏障涂布侧和另一未涂布侧之间的粘性来测试样品的粘合行为。图5中示出粘合测试的简化图示。纸板被切割成2"x2"见方的样品。针对每种条件测试若干备份，且每个备份评估一对样品752、754之间的粘合。（例如，如果测试四个备份，则将使用四对，即八片样品。） 每对均定位成一片样品752的“屏障涂布”侧接触另一片样品754的未涂布侧。样品对放置成堆叠750且相邻对之间有间隔件756，该间隔件是箔、剥离纸或者甚至复印纸。整个样品堆叠被放置到图5中所图示的测试装置700中。

测试装置700包括框架710。调整钮712附接到螺杆714，该螺杆被旋拧穿过框架顶部716。螺杆714的下端附接到板718，该板压在重型螺旋弹簧720上。弹簧720的下端压在板722上，该板的下表面724具有一平方英寸的面积。标尺726使得用户能够读取施加的力（其等于通过一平方英寸的下表面724施加到样品的堆叠的压力）。

样品的堆叠750被放置在下表面724和框架底部728之间。钮712被拧紧直到标尺726读出100 lbf的期望力（100 psi被施加到样品）。然后，包括样品的整个装置700被放置于50°C下的烤箱中24小时。然后，从测试环境移除装置700并且将其冷却到室温。然后，释放压力并且从装置移除样品。

通过分离每对纸板片材来针对粘着性和粘合评估样品。如表2中所示的那样报告结果，其中0级别表明没有粘合的倾向。

粘合损坏由于纤维撕裂而可见，这如果存在，则通常伴有纤维从样品754的非屏障表面拉起而发生。如果非屏障表面涂布有印刷涂层，则也可能由印刷涂层的损坏表明粘合。

例如，在如图5中象征性地描绘的那样，样品752(0)/754(0)可代表"0"粘合（没有粘合）。样品中的圆形形状表明处于压力下的近似区域，例如整个样品的大约一平方英寸。样品752(3)/754(3)可代表"3"粘合级别，且在处于压力下的区域中（具体地，在样品754(3)的未涂布表面中）具有高达25%的纤维撕裂。样品752(4)/754(4)可代表"4"粘合级别，且具有超过25%的纤维撕裂（具体地，在样品754(4)的未涂布表面中）。图5中的描绘仅意味着近似地表明这样的测试样品的损坏百分比，而不是示出样品的实际外观。

使用AMC Maelstom再浆化槽（repulper）测试可再浆化性。被切割成1"x1"方块的110克的涂布纸板被添加到包含2895克水（pH值为6.5±0.5，50°C）的再浆化槽，浸泡15分钟，且然后再浆化30分钟。然后，将300 mL的再浆化浆料筛分通过振动平筛（0.006"槽大小）。排斥物（被筛卡住）和纤维接受物被收集、干燥并称重。基于接受物和排斥物的重量计算接受物的百分比，其中100%是完全可再浆化性。

作为不良可再浆化性的示例，测试以7至11 lbs每3000ft²的涂层重量涂布有低密度聚乙烯（LDPE）的SBS纸板，并且该SBS纸板给出在91%至97%的范围内的纤维接受物。（纤维接受物百分比接近100%是期望的）。涂布有聚乙烯的纸板不容易可再浆化和可回收。

使用一系列的涂层重量，表1中所示的各种涂层配方作为单层被施加到纸板基体上，并且结果在表3中示出，包括可再浆化性和可堆肥性。所有样品都是可完全再浆化的。至于可堆肥性，如表3的前两列中所见，具有使用纯苯乙烯-丙烯酸酯（SA）粘结剂的涂层的纸板C1在9至10磅的涂层重量下不满足可堆肥的定义。此外，这些C1样品略微粘合，而其他样品不粘合。接下来的两列示出，具有使用Basonal® X 400 AL粘结剂（由BASF Corporation制造）的涂层的纸板C2在8磅的涂层重量下满足可堆肥性的定义，但在9磅的涂层重量下不满足可堆肥性定义。最后四列（纸板CF1、CF2、CF3、CF4）是针对将Basonal®粘结剂与Pen-cote® D（一种由Ingredion Incorporated制成的改性淀粉）共混的涂层。这些纸板全部都满足可堆肥性定义。

表3中也包括光泽度、亮度、白度和L-a-b颜色的测量值。根据TAPPI标准T480，在Technidyne Model T 480A光泽计上测量光泽度。根据TAPPI标准T452在TechnidyneBrightimeter Micro S-5上测量（GE）亮度。根据TAPPI标准T562测量TechnidyneBrightimeter Micro S-5的（CIE）白度。根据TAPPI标准T524在Technidyne BrightimeterMicro S-5上测量L-a-b颜色。使用Basonal®粘结剂或者Basonal®粘结剂与Pen-cote® D淀粉的共混物显示出与使用SA粘结剂的涂层的类似或略微更高的光泽度，但具有略微更低的亮度和白度以及略微更高的b颜色值。屏障性质是创造性涂层的焦点，然而，如果需要调整颜色或深浅，能够在配方中使用符合食品接触的染料。

通过在刮刀涂布机上以两遍施加CF3配方来完成另一个实验，其中第一层涂层重量为5.7 lb/3msf且第二层涂层重量为3.0 lb/3msf，从而产生仅8.7 lb/3msf的总涂层重量，这满足针对可堆肥性标准的组分要求并且显示6.0的3M试剂盒值。如从表4所示，当以9.7 lb/3msf的更高涂层重量施加单层CF3时，获得5.2的试剂盒水平。这些结果证明，能够以两遍屏障配方获得增强的屏障性质。

由BASF Corporation制成的Basonal® X 400 AL粘结剂包含约30％的天然聚合物组分。天然聚合物组分指代在自然中生长和发现的聚合物组分，其例如能够是任何蛋白质或多糖或其衍生物。在本发明中使用Basonal® X 400 AL粘结剂连同一些额外的天然聚合物（诸如，淀粉）的构想是Basonal®粘结剂中的天然组分将促进额外的淀粉与Basonal®粘结剂的相容性。不同成分的相容性对于屏障涂层而言是重要的。为了证明这一构思，进行如表4中所示的额外测试，以比较SA粘结剂（示例中使用的来自Dow Chemical Company的PHOPLEX® C-340）和Basonal® X 400 AL（来自BASF Corporation），这两者在配方中包括相同共混比例下的Pen cote® D淀粉。所有样品均是可完全再浆化且非粘合的。至于可堆肥性，如表4的前三列中所见，具有使用苯乙烯-丙烯酸酯（SA）/Pen-cote® D粘结剂的涂层的纸板C3在8至12磅的涂层重量下不满足可堆肥性的定义。接下来的三列显示出，具有使用Basonal®粘结剂和Pen-cote® D的涂层的纸板CF3在8.0磅和9.7磅的涂层重量下满足可堆肥性的定义，但在10.8磅的高涂层重量下不满足可堆肥性的定义。最有趣的是，相比于C3（SA + Pen-cote® D）涂层，CF3（Basonal® + Pen-cote® D）涂层具有更好的OGR和湿蒸气屏障性能，换言之，更高的3M试剂盒和更低的油Cobb值、更低的WVTR值和近似相等的水Cobb值。因此，表3和表4显示出，Pen-cote® D专用淀粉与Basonal®粘结剂的组合使用提供了改进的屏障性能，尤其是实现了5+的3M试剂盒水平，同时满足可堆肥性标准，是可完全再浆化的，且不具有粘合问题。

作为使测试结果可视化的另一种方式，如图6和图7中所示绘制数据。这些图表上的一些数据来自表3和表4。也包括其他数据。图6示出3M试剂盒水平相对涂层重量。随着涂层重量增加，试剂盒值大体增大（改进）。对照样品（使用SA粘结剂）中没有在6至12 lbs/3msf的涂层重量范围内是可堆肥的。使用35份（组合的）Basonal® X400AL粘结剂加Pen-cote® D淀粉的样品（CF2和CF3）是可堆肥的，除了在对于CF2为10.2 lbs且对于CF3为10.8lbs/3msf的最高涂层重量下，并且给出在相当的涂层重量下等于或优于（高于）对照SA样品的试剂盒值。使用30份（组合的）Basonal®和Pen-Cote® D的样品全部都是可堆肥的（至少高达至少11.5 lbs/3msf），同时它们的试剂盒值往往低于对照样品和其他样品。

图7示出如图6中的所选样品的油Cobb相对涂层重量。随着涂层重量增加，油Cob大体减小（改进）。已经描述了可堆肥性（或缺乏可堆肥性）。使用（组合的）Basonal®和Pen-cote® D的测试样品给出相比于使用苯乙烯-丙烯酸酯粘结剂的测试样品相等或更好（更低）的油Cobb测试。最有趣的是，对于具有总共30份粘结剂（25份Basonal®和5份Pen-cote® D）的样品，尽管3M试剂盒值低于具有总共35份粘结剂（如图6）的其它配方，但是油Cobb值仍类似于或优于具有35份纯SA粘结剂的对照样品C1。这再次证明Basonal®与Pen-cote® D淀粉的协同效应。

除了用于食品接触侧的屏障之外，一些食品服务或食品包装应用还需要包装的外侧上的高品质印刷。为了证明在一侧上具有屏障涂层且在另一侧上具有印刷涂层的成品纸板能够满足ASTM可堆肥性标准的组分要求，进行另一个实验以测试使用常规粘结剂苯乙烯-丙烯酸酯（所使用的PHOPLEX® C-340，可从Dow Chemical Company获得）和聚乙酸乙烯酯（所使用的POLYCO™ 2160，可从Dow Chemical Company获得）的印刷涂层配方，并且其中根据可堆肥性标准ASTM D6868-11，涂层中的每种聚合物粘结剂针对厚度12 pt及以上均满足小于1％的不可生物降解组分要求。尽管用于这些测试的印刷涂层配方通过减少SA粘结剂的含量被略微调整，但涂层仍然显示出与商业印刷等级相当的高品质的适印性。

表5中针对使用100份颜料为基础所描述的三种底涂层和两种面涂层总结所测试的可印刷配方。表6示出在针对18 pt纸板上的可印刷配方的若干试验涂布机测试中所使用的涂层重量。具有表6中所示的可印刷测试涂层的纸板根据ASTM标准全部都将是可堆肥的，只要纸板厚度为12 pts或更高。这在纸板的相对侧上具有或不具有可堆肥的屏障涂层（在上文描述）的情况下都将是正确的。

表6也示出测试涂层的粗糙度、光学性质和适印性结果。根据上文所描述的TAPPI标准测量光学性质，包括光泽度、亮度、白度和L-a-b颜色。根据TAPPI标准T555测量ParkerPrint-Surf（PPS）粗糙度。使用具有蓝色柔版墨的2.5 bcm网纹辊在来自HarperCorporation的Harper Phantom QD™ Flexo Proofing System（柔版打样系统）上印刷涂布样品。在X-Rite 500系列设备上测量墨密度。相比于商业对照组，所有测试涂层（它们将是可堆肥的）都显示出更高的光泽度、略微更高的亮度和相当的白度。在测试涂层中没有使用染料，除了配方中的变化之外，这也能够促成L-a-b颜色值的细微差异。所有测试涂层都显示出相比于商业对照组相对更高的PPS值；然而，它们仍是相当好的，并且在印刷之后所有测试涂层都显示出比商业对照组略微更高的墨密度（1.64至1.72相对1.62），从而表明可印刷的测试涂层的良好适印性。对于适印性测试，未将屏障涂层施加到纸板的相对侧。然而，计算显示出，可印刷的纸板将满足可堆肥性标准ASTM D6868-11，无论是否在与可印刷涂层相对的一侧上使用先前描述的可堆肥的屏障涂层。尽管在示例中使用了两层可印刷涂层（底涂层和面涂层），但是一层可印刷涂层也可能提供不错的适印性并且也满足可堆肥性标准。

总之，结果显示，通过用诸如Basonal® X400AL结合少量Pen-cote® D专用淀粉的粘结剂代替标准粘结剂（诸如，苯乙烯丙烯酸酯），实现了具有完全可再浆化性和适度耐油脂性的可堆肥纸板。结合在非屏障（印刷）侧上使用标准粘结剂（诸如，苯乙烯丙烯酸酯和聚乙酸乙烯酯）的常规粘土涂层（这些涂层也满足针对每种不可生物降解的有机成分的小于1%的组分阈值），整个成品纸板产品满足可堆肥性标准的组分要求，至少对于厚度为12pt.和更高的纸板而言如此。可堆肥性标准涉及计算每种不可生物降解的有机成分在产品中使用了多少。假设通过调整涂层或纸板基重，可以稍低的厚度（诸如，10 pt.（0.010"））实现根据ASTM标准的可堆肥性。也假设通过选择多种不同的粘结剂（具有或不具有可生物降解的聚合物粘合剂），在两侧上具有可印刷涂层的纸板能够实现根据ASTM标准的可堆肥性，其中纸板具有10 pt和更高的厚度。

上文所描述的测试使用刮刀涂布机施加涂层。如先前所讨论的，可使用各种类型的涂布装置。

一旦给出上述公开内容，本领域技术人员将显而易见到许多其他特征、改型或改进。因此，这样的特征、改型或改进被视为本发明的一部分，本发明的范围将由以下权利要求确定。

虽然已经描述且图示了本发明的优选实施例，但是应当显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，能够对本发明的实施例和实施方式做出许多改型。因此将理解的是，本发明不限于本文所公开（或从本公开显而易见到）的具体实施例，而是仅由本文所附权利要求限制。

表1

涂层配方

。

表2

粘合级别

。

表3

各种粘结剂对包括可堆肥性的涂层性质的影响

。

表4

SA&Basonal®（Pen-cote® D被添加到两者）的可堆肥性

。

表5. 用于可印刷涂层的配方

名称	BC1	BC2	BC3	TC1	TC2
						Clay-1				51	30
Clay-2	50
						CaCO<sub>3</sub>-1	50	100	100
CaCO<sub>3</sub>-2				49	70
						PHOPLEX® C-340 (SA)	19	17	17	4	5
POLYCO™ 2160 (PVAc)	6	4		12	11
						Pen-cote® D UHV（淀粉）			4

表6. 对可印刷涂层的适印性测试

（18 pt纸板；相对侧上无屏障涂层）

（*可堆肥：被定义为对于12磅或更高的纸板厚度按重量计小于1%的不可生物降解成分）。

Claims (25)

1.一种涂布纸板，其包括：

纸板基体，其具有第一侧和第二侧；

多层涂层，其具有两层或更多层并与所述纸板基体的第一侧接触，所述多层涂层包括：与所述纸板基体接触的底涂层，所述底涂层具有从6至10 lbs每3000 ft²的涂层重量并且包括粘结剂和颜料；以及形成所述多层涂层的最外层的面涂层，所述面涂层具有从3至10lbs每3000 ft²的涂层重量并且包括粘结剂和颜料；

其中，所述涂布纸板具有至少0.010”的厚度；并且

其中，所述涂布纸板根据针对可堆肥性的ASTM D6868-11标准是可堆肥的。

2.根据权利要求1所述的涂布纸板，其中，所述面涂层具有从4至7 lbs每3000 ft²的涂层重量。

3.根据权利要求1或2所述的涂布纸板，其中，所述多层涂层的总涂层重量为5至12 lbs每3000 ft²。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的涂布纸板，其中，所述多层涂层还被施加为与所述纸板基体的第二侧接触。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的涂布纸板，其中，所述多层涂层具有两层，其中，所述面涂层形成为与所述底涂层接触。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的涂布纸板，其中，所述多层涂层是可印刷涂层。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的涂布纸板，其中，所述涂布纸板具有至少0.012”的厚度。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的涂布纸板，其中，所述多层涂层中的粘结剂与颜料之比在按重量计每100份颜料10至25份粘结剂之间。

9.根据权利要求8所述的涂布纸板，其中，所述多层涂层中的粘结剂与颜料之比在按重量计每100份颜料12至22份粘结剂之间。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的涂布纸板，其中，所述粘结剂包括一种或多种合成聚合物粘结剂。

11.根据权利要求10所述的涂布纸板，其中，所述粘结剂还包括一种或多种额外的天然可生物降解粘结剂。

12.根据权利要求11所述的涂布纸板，其中，所述额外的可生物降解粘结剂包括多糖、蛋白质及其衍生物中的至少一者。

13.根据权利要求11或12所述的涂布纸板，其中，所述额外的可生物降解粘结剂包括按重量计每100份颜料1至10份之间。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的涂布纸板，其中，所述涂布纸板可再浆化至在再浆化之后接受物百分比为至少99％的程度。

15.根据权利要求14所述的涂布纸板，其中，所述接受物百分比为至少99.9%。

16.根据权利要求1或2所述的涂布纸板，其中，所述多层涂层包括两层，并且其中，总涂层重量为9至20 lbs每3000 ft²。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的涂布纸板，其在50^oC、100 psi的压力下保持24小时之后没有趋于粘合的倾向。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的涂布纸板，其中，所述颜料包括粘土和碳酸钙中的至少一者。

19.一种涂布纸板，包括：

纸板基体，其具有第一侧和第二侧；

涂层，其具有与所述纸板基体的第一侧接触的至少一层，所述涂层具有从9至15 lbs每3000 ft²的涂层重量并且包括粘结剂和颜料；

其中，所述涂布纸板具有至少0.010”的厚度；并且

其中，所述涂布纸板根据针对可堆肥性的ASTM D6868-11标准是可堆肥的。

20.一种处理纸板的方法，所述方法包括：

提供纸板基体，所述纸板基体具有第一侧和第二侧；

通过以下步骤向所述第一侧施加具有两层或更多层的多层涂层：

施加与所述纸板基体接触的底涂层，所述底涂层具有从6至10 lbs每3000 ft²的涂层重量并且包括粘结剂和颜料；以及施加形成所述多层涂层的最外层的面涂层，所述面涂层具有从3至10 lbs每3000 ft²的涂层重量并且包括粘结剂和颜料；

其中，经处理的纸板具有至少0.010”的厚度；并且

其中，经处理的纸板根据针对可堆肥性的ASTM D6868-11标准是可堆肥的。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，以从4至7 lbs每3000 ft²的涂层重量施加所述面涂层。

22.根据权利要求20或21所述的涂布纸板，其中，以从5至12 lbs每3000 ft²的总涂层重量施加所述多层涂层。

23.根据权利要求20至22中任一项所述的方法，包括将所述多层涂层施加到所述纸板基体的第二侧的另一步骤。

24.根据权利要求20至23中任一项所述的方法，其中，经处理的纸板可再浆化至在再浆化之后接受物百分比为至少99％的程度。

25.根据权利要求20至24中任一项所述的方法，其中，由选自包括以下各项的集合的装置施加所述涂层：刮刀涂布机、帘式涂布机、气刀涂布机、棒式涂布机、薄膜涂布机、短驻留涂布机、喷涂机和计量薄膜施胶压榨机。