CN110088400A - 包括可堆肥涂层的涂覆的基底及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方案涉及涂覆的基底，其包括具有第一和第二主表面的基底和位于该基底的第一和第二主表面的至少一个上的可堆肥涂层。该基底包括纤维素材料。该可堆肥涂层包括至少一种可堆肥聚合物和分散剂，并且可以以小于约20克/平方米的涂层重量位于该基底上。该涂覆的基底具有根据TAPPI 559试剂盒测试所测量的约4至约12的耐油脂性。在一些实施方案中，该可堆肥涂层由该可堆肥聚合物和分散剂的水性分散体形成。

Description

包括可堆肥涂层的涂覆的基底及其生产方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年12月20日提交的序号为62/436615的美国临时申请的权益。
技术领域
本公开内容的实施方案通常涉及可堆肥涂覆的基底和生产可堆肥涂覆的基底的方法。更具体地，本公开内容的实施方案涉及可堆肥涂覆的基底，该基底包含涂覆有包括至少一种可堆肥聚合物和分散剂的可堆肥涂层的纤维素基底，该可堆肥涂覆的基底具有改进的耐油脂性。
背景
水基聚合物分散体被用于各种技术应用如粘合剂、粘结剂、施胶剂、密封剂、底漆、油墨、油漆、种子或谷物包覆体系以及纸涂层。这样的分散体还用于制药工业以用于药物递送、用于医学测试试剂盒或用作化妆品中的添加剂。这种分散体的一种用途已经是形成纸、纸板包装、塑料膜和容器上的阻隔涂层。然而，用于形成这种分散体和涂层的合成聚合物典型地来源于石油。这有时候使该聚合物难以再循环或堆肥，并且结果，该聚合物在需要可生物降解性或可堆肥性的填埋场可能是成问题的。
此外，甚至在利用可堆肥或可生物降解的聚合物的情况下，传统水基聚合物涂层利用大量的不可堆肥材料，其阻止所得聚合物涂层被生物降解。具体地，这些水基聚合物涂层包括将可堆肥或可生物降解的聚合物溶解在挥发性有机溶剂中，将所溶解的材料涂覆到基底上，并且然后除去溶剂。然而，这在处理和处置这样的挥发性化合物中产生了问题。这些问题包括毒性、可燃性和环境污染。另外，这样的膜还会在涂层中留下一些残留溶剂，这会不利地影响和违反对食品接触法规的遵守。
用于制造包含可生物降解聚合物的涂层的可替代地尝试包括熔融这样的聚合物，并且然后将它们挤出到膜上。然而，这经常需要在高温下加工该聚合物，这可引起该聚合物过早降解。其他方法采用材料和能量密集型的挤出和拉伸技术。另外，熔融挤出的聚合物涂层典型地得到这样的涂层重量，其对许多涂层应用如在纸或其他纤维素基底上的涂层而言是不期望的。取决于所包含的基底或多个基底，熔融挤出的聚合物的这些限制可以是禁止性的。
概述
因此，仍然需要这样的水基聚合物涂覆方法，其实现了可堆肥或可生物降解的聚合物涂层，而没有挥发性有机溶剂。此外，存在对于如下这样的可堆肥或可生物降解的涂层的进一步需要，其实现了期望的较低涂层重量，同时保持了期望的阻隔性能如耐油和油脂性能。本公开内容的实施方案满足这些需要。
各种实施方案包括一种涂覆的基底，其包括具有第一和第二主表面的基底和位于该基底的第一和第二主表面的至少一个上的可堆肥涂层。该基底包括纤维素材料。该可堆肥涂层包括至少一种可堆肥聚合物和分散剂，该可堆肥涂层具有基于干重计小于约20克/平方米(gsm)的涂层重量。该涂覆的基底具有根据TAPPI 559试剂盒测试所测量的约4至约12的耐油脂性。
本文中所述的各种实施方案还包括一种生产可堆肥涂覆的基底的方法，该可堆肥涂覆的基底包含基底和可堆肥涂层。该方法包括通过将包含至少一种可堆肥聚合物和水的水性分散体施加到基底上，来生产该可堆肥涂覆的基底。该基底可包括纤维素材料并且该可堆肥涂层可具有基于干重计小于或等于约20克/平方米(gsm)的涂层重量。此外，该可堆肥涂覆的基底可表现出根据TAPPI 559试剂盒测试所测量的4-12的耐油脂性。
因此，本文中的各种实施方案提供这样的方法，其有效地将可堆肥聚合物的水性分散体施加到可堆肥基底上。此外，本文中的各种实施方案提供具有耐油和油脂性能的可堆肥涂覆的基底。其他特征将从以下的详细描述和所附权利要求中变得显而易见。
详细描述
定义
如本文中所用，“可堆肥”物质是这样的物质，其在堆肥过程中通过生物方法经历降解，以在与其他已知可堆肥材料一致的速率下产生CO2、水、无机化合物和生物质，并且不留下可见的、可辨别的或有毒的残留物。如在本公开内容中所用，术语“堆肥”是指一种管理过程，其通过需氧中温和高温降解控制材料向腐殖质的转化和生物分解。“可堆肥”的该定义与针对“塑料和聚合物作为纸和其他基底的涂层或添加剂”的ASTM D6868-11中所定义的要求一致。可堆肥聚合物可以是指可堆肥聚合物材料；也包括在可堆肥聚合物范围内的是可堆肥聚合物的共聚物和共混物。
如本文中所用，“可生物降解聚酯”是指这样的聚酯，其经历作为天然存在的微生物、细菌、古生菌、真菌、藻类或其组合的活动的结果的降解。“可生物降解聚酯”的该定义与如ASTM D 6868-11中所定义的可生物降解塑料的定义一致。
如本文中所用，“挥发性有机溶剂”是指这样的有机化合物，其在环境温度下具有蒸气压，以使得该化合物的至少一部分蒸发、升华或进入周围气氛中，并且可通过美国环保局测试方法24测量。
如本文中所用，当在具体温度下储存时，如果分散体中的聚合物在具体时间段内基本上保留其结构和分子量，而没有降解成单体形式或其他的分解材料，则该分散体是“水解稳定的”。在本发明上下文中，在环境条件到50℃的温度储存时，如果其在30天到1年的时间内保持了固体损失率不大于10％，则该分散体是水解稳定的。
可堆肥涂覆的基底
本公开内容的实施方案涉及一种涂覆的基底，其包括具有位于其上的可堆肥涂层的纤维素基底。在各种实施方案中，该可堆肥涂层包括至少一种可堆肥聚合物和分散剂。
在各种实施方案中，该基底包括第一和第二主表面并且包含纤维素材料。纤维素材料可包括但不限于纸材料如纤维素纸、彩色美术纸、牛皮纸、美术纸、纸板、涂覆的纸等类似物。该纤维素材料还可例如是材料如由纤维素纤维形成的织物或纺织品。在一种或多种实施方案中，该基底是可堆肥的。
在各种实施方案中，可堆肥涂层位于该基底的第一和第二主表面的至少一个上。在其他实施方案中，该可堆肥涂层位于该基底的第一和第二主表面二者上。各种实施方案的可堆肥涂层可作为可堆肥聚合物的水基分散体施加到该基底上。
该可堆肥聚合物可以是任何已知种类的可堆肥聚合物。例如该可堆肥聚合物可包含可生物降解聚酯。在其他实施方案中，该可堆肥聚合物可选自聚乳酸(PLA)、聚苹果酸酯(PMA)、聚羟基链烷酸酯(PHA)、聚己内酯(PCL)、聚酯酰胺(PEA)、聚羟基戊酸酯(PHV)、聚羟基己酸酯(PHH)、脂族共聚酯(PBSA)、聚呋喃酸乙二醇酯(PEF)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚乙醇酸、脂肪族聚天冬氨酸、聚脲、大豆基聚合物、聚丁基苯乙烯(PBS)及其混合物和其共聚物。在一种具体的实施方案中，该分散剂包括聚乙烯醇。
在一种或多种实施方案中，该可堆肥涂层包含基于该可堆肥涂层的总干重计为约60wt％至约99wt％的至少一种可堆肥聚合物。在其他的实施方案中，该可堆肥涂层基于该可堆肥涂层的总干重计为约60wt％至约95wt％、约70wt％至约99wt％、约75wt％至约95wt％、或约75wt％至约90wt％。
除了该可堆肥聚合物之外，该可堆肥涂层包括至少一种分散剂。不希望受限于理论，该分散剂据信用于至少部分地包封该可堆肥聚合物的粒子，以增强这样的粒子在分散体中的稳定性，以防止粒子聚集和沉降或者从分散体中浮出。这种包封可减少至少一种可堆肥聚合物和周围的分散体连续相之间的界面张力。在一些情况下，该分散剂可用于在该可堆肥聚合物粒子的表面上形成涂层。另外不受限于理论，该分散剂有助于促进水性分散体的涂覆，而没有其他挥发性有机溶剂。
在一种或多种实施方案中，该分散剂选自聚乙烯醇，纤维素多糖，包括羧甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和甲基纤维素；生物聚合物多糖，包括结冷胶、鼠李聚糖胶(rhamsan gum)、韦兰胶(whelan gum)、黄原胶、瓜尔豆胶、羟丙基瓜尔豆胶和海藻酸钠；合成烃聚合物，包括聚丙烯酰胺及其共聚物、聚环氧乙烷、聚(甲基)丙烯酸羟乙基酯、聚(甲基)丙烯酸及其共聚物、聚烯烃磺酸酯共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯和马来酸酐的共聚物、聚亚甲基醚和马来酸酐的共聚物；和皂化脂肪酸，包括硬脂酸、棕榈酸、油酸、亚油酸、月桂酸、山酸、芥酸、木醋酸、神经酸、巴西烯酸、鳕油酸、反型异油酸(vaccenic acid)、癸烯酸、月桂烯酸、肉豆蔻烯酸、反油酸、棕榈油酸、二十烷酸、肉豆蔻酸、辛酸、己酸、丁酸或具有12个碳至60个碳的碳链长度的其他长链羧酸及其组合和其共聚物。在其他的实施方案中，该分散剂包含UNICIDTM350，一种可从Baker Hughes Incorporated(Houston，Texas，美国)商购的长链羧酸的共混物。在一种具体的实施方案中，该分散剂包括聚乙烯醇。
在各种实施方案中，该可堆肥涂层包括基于该可堆肥涂层的总干重计为约0.1wt％至约3.0wt％的分散剂。例如该可堆肥涂层包括基于该可堆肥涂层的总干重计为约0.5wt％至约3.0wt％、约1.0wt％至约3.0wt％或约1.5wt％至约2.5wt％的分散剂。
在进一步的实施方案中，该可堆肥涂层还可包含蜡。蜡可例如为动物、植物、矿物或石油蜡。示例性的蜡可包括(作为实例且非限制性)乳液或微粉化蜡，其包括费-托蜡、巴西棕榈蜡、聚乙烯蜡、大豆蜡、石蜡、鳞片状蜡、疏松石蜡、其他植物蜡或其混合物。该可堆肥涂层可包括单一蜡或多种蜡的共混物。考虑各种蜡的量。例如该可堆肥涂层可基于该可堆肥涂层的干重计为0-20wt％。在进一步的实施方案中，该可堆肥涂层可基于该可堆肥涂层的干重计为1-15wt％。
在任选的实施方案中，可将其他添加剂加入到该可堆肥涂层中。根据一些实施方案，该添加剂是可堆肥的。然而，在一些其他的实施方案中，可包括一种或多种不可堆肥添加剂。在这样的实施方案中，不可堆肥添加剂的量基于该可堆肥涂层的干重计为小于5wt％。另外，该可堆肥涂层包含基于干重计不大于1wt％的任何一种不可堆肥添加剂。不受限于理论，据信将不可堆肥添加剂在该可堆肥涂层中的存在限制到基于干重计小于5wt％将不影响实施方案涂覆的基底的可堆肥性能。
在一种或多种实施方案中，该可堆肥涂层具有基于干重计小于或等于约20克/平方米(gsm)的涂层重量。在其他的实施方案中，该可堆肥涂层可具有基于干重计小于约20gsm、小于或等于约15gsm、小于或等于约10gsm、约1gsm至约5gsm或约1gsm至约20gsm的涂层重量。较低的涂层重量使用较少的材料并且可以是更工业有效的，但是经常不能赋予涂覆的基底期望的性能。令人惊讶的是，使用本文中所述的可堆肥涂层水性分散体、可堆肥基底和方法，可在相对低的涂层重量(例如小于20gsm)下赋予该涂覆的基底期望的性能。
涂覆方法
在进一步的实施方案中，该可堆肥涂层可作为水性分散体施加到纤维素上。在一些实施方案中，该水性分散体可基本上没有挥发性有机化合物、氟碳化物或二者。如本文中所用，“基本上没有”表示该水基分散体基于该水基分散体的总重量计小于0.2重量％(wt％)。
考虑各种实施方案以用于制造该水基分散体。在一种实施方案中，所述方法包括在约25℃至约170℃的温度下通过将该可堆肥聚合物、水和分散剂共混在一起以形成该可堆肥聚合物粒子的水解稳定的水基分散体，来乳化该可堆肥聚合物。根据一种实施方案，该可堆肥聚合物在与水共混之前被加热到高于其熔点的温度以形成水性分散体。然后将分散剂的水溶液共混入该分散体中。
在一种或多种这样的水性分散体中，该至少一种可堆肥聚合物可具有约0.2μm至约50μm的粒度。在其他的实施方案中，该水性分散体的至少一种可堆肥聚合物可具有约0.2μm至约30μm、约0.2μm至约20μm、约0.2μm至约10μm、约0.2μm至约5μm、或约0.2μm至约1μm的粒度。
可替代地，该可堆肥聚合物可以作为微粉化粉末来提供，并且该共混过程在低于该可堆肥聚合物熔点的温度下进行。可利用任何合适的混合设备，包括例如湿磨、转子定子、使用空化混合器的高压均浆或超声混合。可替代地，可以使用其他混合设备和过程。
在一种实施方案中，使该可堆肥聚合物、水和分散剂共混在一起以形成分散体，然后将任选含有流变改性剂的水溶液共混入该分散体中。在一种实施方案中，形成聚合物熔体、水和分散剂的分散体，并且使该分散体冷却。将流变改性剂的水溶液共混入该冷却的分散体中。也可将任选的pH缓冲剂加入到该分散体中以使其稳定。
该流变改性剂可以包括适合于改进该水性分散体的流动性和稳定性的各种组合物。在一种或多种实施方案中，该流变改性剂选自无机粘土(包括膨润土)、碳酸钙和热解法二氧化硅；纤维素多糖，包括羧甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、和纳米结晶纤维素；合成烃聚合物，包括聚丙烯酰胺及其共聚物、聚环氧乙烷、聚(甲基)丙烯酸羟乙基酯、聚(甲基)丙烯酸及其共聚物、聚烯烃磺酸酯及其共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯和马来酸酐的共聚物、聚亚甲基醚和马来酸酐的共聚物；生物聚合物多糖，包括结冷胶、鼠李聚糖胶、韦兰胶、黄原胶、瓜尔豆胶、羟丙基瓜尔豆胶和海藻酸钠。
在至少一个实施方案中，该分散体包括作为可堆肥聚合物的聚乳酸粒子、作为分散剂的聚乙烯醇和作为流变改性剂的黄原胶。在其他实施方案中，该分散体包括作为可堆肥聚合物的聚乳酸粒子、作为分散剂的聚乙烯醇和作为流变改性剂的羧甲基纤维素。
进一步如上所述，该水性分散体可任选地包括一种或多种pH缓冲剂。该任选的pH缓冲剂可用于螯合任何该可堆肥聚合物组合物中存在的残留酸单体。其还可帮助保持pH稳定性在7.0的中性pH附近，由此最小化任何水解不稳定性，如随后所述。根据本发明的实施方案，该分散体是在约3.0至约11.5的宽pH范围内水解稳定的。不希望受限于理论，该任选的pH缓冲剂还可用于产生盐效应，其导致水溶性分散剂、流变改性剂或二者沉淀到该可堆肥聚合物粒子的表面上，提供对该可堆肥聚合物粒子水解的另外的保护。在一种实施方案中，该pH缓冲剂选自弱酸或碱的盐或其他pKa值为6-8的已知缓冲剂。
在一种实施方案中，该可堆肥涂层水性分散体可包括基于该水性分散体的总重量计为约10wt％至约60wt％的至少一种可堆肥聚合物、约1.0wt％至约8.0wt％的至少一种分散剂、约0.01wt％至约1.0wt％的流变改性剂和余量的水。在另一实施方案中，该水性分散体可以包括基于该水性分散体的总重量计为约21wt％至约49wt％的该可堆肥聚合物、约1.0wt％至约8.0wt％的分散剂和约0.01wt％至约1.0wt％的流变改性剂以及余量的水。在一些实施方案中，该分散体可进一步包括基于该水性分散体的总重量计为约3.0wt％至约15.0wt％的pH缓冲剂和约0.1至约2.0wt％的盐。在至少一个实施方案中，该分散体可包括基于该水性分散体的总重量计为约3.0wt％至约11.5wt％的pH缓冲剂和约0.1wt％至约0.5wt％的盐。
在一种示例性的实施方案中，该制造聚乳酸的水基水解稳定的分散体的方法包括在约25℃至约170℃的温度下将该聚乳酸、水、聚乙烯醇和黄原胶(来自CP Keltrol的)乳化并且持续足以形成聚乳酸粒子的水基分散体的时间。该方法可通过首先将聚乳酸聚合物与水的第一部分以及聚乙烯醇共混在一起以形成第一混合物来进行。然后将该第一混合物与水的第二部分以及黄原胶共混以形成分散体。
考虑各种合适的涂覆方法以用于将该水性分散体施加到纤维素基底上。该水性分散体可经由涂敷棒沉积或喷涂施加到纤维素基底上。可将该分散体施加到基底上以提供如下这样的涂覆的基底，其包括官能化涂层，而不牺牲可再生性、可再浆化性或堆肥该涂敷的基底的能力。
阻隔性能
此外，在各种实施方案中，该涂层可为基底提供耐水性、耐油和油脂性或二者。在一些实施方案中，该涂层可为涂覆的基底提供阻隔功能性，并且该涂覆的基底可表现耐水性、氧气透过阻隔性能或湿汽透过阻隔性能。在各种实施方案中，针对耐水的阻隔功能可通过如ASTM D-3285(TAPPI T-441)中所定义的Cobb施胶测试(Cobb Sizing Test)来测量。
在各种实施方案中，涂覆的基底在约2分钟后表现出小于或等于约30、小于或等于约20、或小于或等于约10的Cobb值。在其他的实施方案中，涂覆的基底具有根据TAPPI 559试剂盒测试所测量的4-12或7-12的耐油脂性。例如，涂覆的基底可具有大于或等于4、大于或等于5、大于或等于6、大于或等于7、大于或等于8、大于或等于约9、大于或等于10、大于或等于11或12的TAPPI 559试剂盒测试等级。
应用
不受限于理论，由各种实施方案的涂覆的基底制成的包装和食品服务物品可表现出更长的有用的寿命，因为该涂层可有助于保护基底和包装的内容物免受环境(这些物品曝露于其中)中要素的影响。特别是，据信通过提供阻隔性能，该涂层可以抵抗可存在于环境和包装或物品的内容物中的要素(包括但不限于油、油脂和水)的迁移。典型地，当曝露于这样的要素时，用于构建这样的包装或物品的基底可降解、分解或以不期望的方式改变。但是，通过保护该基底免受这样的迁移，该涂层可增加包装或食品服务物品的可用寿命。此外，通过保护包装免受环境元素影响，该涂层不仅可有助于保护该基底，而且可代之以有助于保护包装的内容物，由此延长产品的储存期限。
测试方法
针对耐水性的Cobb施胶测试
在Cobb施胶测试中，将待测试的涂覆基底的样品切割成约12.5×12.5厘米(cm)正方形。将该样品称重并且置于氯丁橡胶垫上，并且将中空金属圆筒在该样品上压紧。该金属圆筒具有100cm2、25cm2或10cm2的内面积。如果样品材料是纹理化的，则将氯丁橡胶垫圈置于样品和圆筒之间，仔细对齐每一个内边。然后将水以针对100cm2圆筒为100mL的量倾倒入该测试圆筒中。成比例的较少的液体用于较小的圆筒。在倾倒了该液体之后，启动计时器以测量测试时间。该测试时间可根据正在被测试的样品而变化，但通常是2分钟、15分钟或30分钟。在预定的测试时间段结束之前的第15秒，将水从该圆筒快速倾倒出，小心不要将任何液体滴到测试样本的未处理的(外侧)部分上。将该圆筒从样品上除去，并且将该样品以湿侧向上置于吸水纸片上。在预定测试时间段结束的时刻，将第二个吸水纸片置于该样品顶上，以通过使具有约20cm宽的光滑面和约10kg重量的不锈钢辊在样品和吸水纸上方向前一次和向后一次移动(而没有在辊上施加向下的力)来除去多余液体。然后在将样品从吸水片之间除去之后，将其折叠并再次称重。对于100cm2圆筒来说，样品的初始重量减去样品的最终重量，并且将重量增量(以克表示)乘以100以获得以克/平方米(g/m2)表示的所吸收的液体的重量。
针对耐油/油脂性的TAPPI 559试剂盒测试
耐油和油脂性可根据TAPPI 559试剂盒测试(也称作3M试剂盒测试)测量。在TAPPI559试剂盒测试中，使用不同量的蓖麻油、甲苯和正庚烷制备了十二个递增的侵蚀性油溶液。该试剂盒溶液的混合物提供在下表1中。TAPPI 559试剂盒测试中所用的蓖麻油具有0.969g/cm3的密度。
表1：试剂盒测试溶液的组成
在TAPPI 559试剂盒测试中，将一滴的试剂盒溶液1从约13毫米的高度释放到涂覆的基底的样品表面上，并且在15.0秒后擦掉。然后该样品表面立即目视检查任何变黑点。变黑点表示试剂盒溶液穿透到样品涂覆的基底上，这归因于针孔的存在。变黑点的存在以及试剂盒溶液向样品中的穿透导致样品无法通过该测试。如果样品通过了用试剂盒溶液1的测试，则用试剂盒溶液2重复该测试。每此当样品通过该试剂盒测试时，则使用下一编号的试剂盒溶液。以与更大编号的试剂盒溶液相同的方式重复该测试，直到标识出最大编号的试剂盒，其在样品表面上保留15秒，而不引起样品上的变黑点。不导致失败的最大编号的试剂盒被标识为TAPPI 559试剂盒测试等级。在各种实施方案中，针对每个样品，该测试可重复5次并将结果取平均。因此，可能的TAPPI559试剂盒测试等级可以是1-12，其中12是最高的TAPPI 559试剂盒测试等级，其表示对最侵蚀性的油混合物的耐油/油脂性。
实施例
为了可以更容易地理解实施方案，参考以下旨在说明本文中所公开和所描述的实施方案的实施例。这些实施例绝非限制范围。
实施例1-5
五个可堆肥涂层水性分散体通过在室温下在桨式混合器中使组分混合在一起直到均匀来制备。可堆肥涂覆的基底样品通过如下方式来制备：将在可堆肥涂层水性分散体的五个不同配置剂的每一个中涂覆的尺寸4的Buschman棒在纸基底上方通过两次，以便施加两层该水性分散体。第二层在使第一层干燥之前施加。在涂层施加到基底之后，将其置于105℃下的强制热空气箱中1分钟。然后在测试前使该样品冷却至室温。用于每个样品的水性分散体的配置剂提供在下表2中。表2还详述了相应的固化涂层的配置剂的干重。所用聚乳酸是来自NatureWorks(Minnetonka，Minnesota，美国)的在商标名Vercet A1000下销售的可商购的聚乳酸，并且所用的聚乙烯醇是来自Sekisui Chemical Company(日本)的在商标名Selvol 203下销售的可商购的产品。蜡1和蜡2是由Michelman，Inc.(Blue Ash，Ohio，美国)生产的可商购的蜡乳液。蜡1是在商标名乳液77150下销售的，并且蜡2是在商标名乳液80939M2下销售的。
表2：可堆肥涂层配置剂
对比例A
获得对比例A(一种可商购的涂覆有挤出的PLA的纸杯)以评价
实施例1-5的可堆肥涂覆的基底的效力。
对比例B
对比例B通过用不可堆肥涂层涂覆纸基底来制备。作为水性分散体的该不可堆肥涂层通过在室温下将水、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、蜡乳液和乳化剂在桨式混合器中合并直到均匀来制备。该涂覆的基底样品然后通过如下方式来制备：使在所制备的水性分散体中涂覆的尺寸4的Buschman棒在纸基底上方通过两次，以施加两层水性分散体。该第二层在使第一层干燥之前施加。在涂层施加到基底之后，将其置于105℃下的强制热空气箱中1分钟。然后在测试前使该样品冷却至室温。
为了确定所有样品的涂层重量，首先称重未涂覆的基底。然后在涂层施加且固化后，再次称重该涂覆的基底。计算以克/平方米(gsm)表示的基底的涂覆的和未涂覆的重量差。然后根据TAPPI 559试剂盒测试测试了所有样品的耐油和油脂性，如之前更详细描述的。另外根据ASTM D-3285使用Cobb施胶测试测试了样品的耐水性，其也在之前更详细描述。Cobb施胶测试的时间间隔是2分钟。针对所有样品的涂层重量和TAPPI 559试剂盒测试和Cobb施胶测试的结果显示在表3中。还测试了未涂覆的基底，作为对照物。
表3：涂层重量、耐油和油脂性以及耐水性
如由表3中的数据所证明的，对比例A(其包括挤出的PLA涂层)具有与由实施例1-5的TAPPI 559试剂盒测试结果所证明的类似的耐油和油脂性的值。但是令人惊讶地，实施例1-5能够以小于对比例A涂层重量的10％来实现该耐油和油脂性。另外，表3中的数据表明实施例1-5的可堆肥涂层能够提供与对比例B的不可堆肥涂层类似的耐油和油脂性。
实施例1-5证明该可堆肥涂层可以以小于熔融挤出的涂覆的基底的涂层重量来施加，并且表现出相同的耐油和油脂性能。但是本文中所述的可堆肥涂覆的基底的一些应用需要精细调节的耐油和油脂性。本公开内容的实施方案提供具有根据TAPPI 559试剂盒测试所测量的4-12的耐油和油脂性的可堆肥涂覆的基底。通过改变该可堆肥涂层水性分散体中分散剂和流变改性剂的浓度和类型，实施方案的可堆肥涂覆的基底的耐油和油脂性可被调节以表现出特别的耐油脂性。
五种不同的可堆肥涂层水性分散体通过在室温下在桨式混合器中使组分混合在一起来制备。实施例6-10的可堆肥涂覆的基底使用与实施例1-5相同的涂覆方法制备。然后在样品测试耐油和油脂性之前使其冷却至室温。用于每个样品的水性分散体的配置剂的干重以及其根据TAPPI 559试剂盒测试所测量的耐油和油脂性提供在下表4中。如表4中所用，聚乙烯醇1是来自Sekisui Specialty Chemicals America，LLC的SelvolTM聚乙烯醇203，和聚乙烯醇2是来自Sekisui Specialty Chemicals America，LLC的SelvolTM聚乙烯醇523。所用聚乳酸是来自NatureWorks(Minnetonka，Minnesota，美国)的在商标名Vercet A1000下销售的可商购的聚乳酸。蜡1和蜡2是由Michelman，Inc.(Blue Ash，Ohio，美国)生产的可商购的蜡乳液。蜡1是在商标名乳液77150下销售的，和蜡2是在商标名乳液80939M2下销售的。
表4：用各种分散剂组合物涂覆的基底的耐油和油脂性
如表4中可见，通过调整水性分散体中添加剂的这种关系(包括所用的分散剂类型)，耐油和油脂性可根据应用被调节到合适的水平。
注意的是，术语如“优选”、“通常”和“典型地”在本文中不用于限制要求保护的主题的范围或暗示某些特征对于要求保护的主题的结构或功能是关键的、基本的或甚至重要的。相反地，这些术语仅仅旨在突显可用于或可不用于特别的实施方案中的可替代地或另外的特征。
出于描述和定义各种实施方案的目的，注意的是，术语“设备”在本文中用于表示部件的组合和单个部件，不管所述部件是否与其他部件组合。出于描述和定义各种实施方案的目的，注意的是，术语“基本上”在本文中用于表示固有的不确定度，其可归因于任何定量比较、值、测量或其他表示。除非有清楚的相反含义，否则本文中所述的所有范围被认为包括在所述范围内的所有值以及端点。
已经详细描述了各种实施方案，并且通过参考其具体实施方案将显而易见的是在不脱离所要求保护的主题的范围的情况下，改变和变化是可能的。因此其目的是说明书覆盖了本文中所述的各种实施方案的改变和变化，条件是这样的改变和变化处于所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (32)

1.一种涂覆的基底，其包含：
基底，其包含第一和第二主表面，其中该基底包含纤维素材料；和
可堆肥涂层，其包含至少一种可堆肥聚合物和分散剂，该可堆肥涂层位于该第一和第二主表面的至少一个上，并且具有基于干重计小于约20克/平方米(gsm)的涂层重量，
其中该涂覆的基底具有根据TAPPI 559试剂盒测试所测量的4-12的耐油脂性。
2.权利要求1的涂覆的基底，其中该涂覆的基底是可堆肥的。
3.权利要求1的涂覆的基底，其中该涂覆的基底包括纸。
4.权利要求1的涂覆的基底，其中当根据ASTM D-3285测量时，该涂覆的基底在约2分钟后表现出小于或等于约20的Cobb值。
5.权利要求1的涂覆的基底，其中该可堆肥涂层具有基于干重计小于或等于约10gsm的涂层重量。
6.权利要求1的涂覆的基底，其中该可堆肥涂层具有基于干重计约1gsm至约5gsm的涂层重量。
7.权利要求1的涂覆的基底，其中该可堆肥涂层包含基于干重计小于5wt％的不可堆肥添加剂。
8.权利要求1的涂覆的基底，其中该可堆肥涂层包含基于干重计不大于1wt％的任何一种不可堆肥添加剂。
9.权利要求1的涂覆的基底，其中该可堆肥聚合物包含可生物降解聚酯。
10.权利要求11的涂覆的基底，其中该可生物降解聚酯包含选自以下的聚合物：聚乳酸(PLA)、聚苹果酸酯(PMA)、聚羟基链烷酸酯(PHA)、聚羟基丁酸酯(PHB)、聚己内酯(PCL)、聚酯酰胺(PEA)、聚羟基戊酸酯(PHV)、聚羟基己酸酯(PHH)、脂族共聚酯(PBSA)、聚呋喃酸乙二醇酯(PEF)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚(聚癸二酸酯)(PPS)和聚乙醇酸。
11.权利要求1的涂覆的基底，其中该分散剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、纤维素多糖、生物聚合物多糖、合成烃聚合物、皂化脂肪酸、丙烯酸类共聚物、聚丙烯酸铵盐、聚醚羧酸酯聚合物以及碱中和的乙烯丙烯酸共聚物。
12.权利要求1的涂覆的基底，其中该可堆肥涂层进一步包含流变改性剂。
13.权利要求14的涂覆的基底，其中该流变改性剂选自无机粘土、纤维素多糖、合成烃聚合物、聚烯烃磺酸酯及其共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯和马来酸酐的共聚物、聚亚甲基醚和马来酸酐的共聚物、生物聚合物多糖、丙烯酸类共聚物、聚丙烯酸铵盐、聚醚羧酸酯聚合物以及碱中和的乙烯丙烯酸共聚物。
14.权利要求14的涂覆的基底，其中该可堆肥涂层包含蜡。
15.权利要求1的涂覆的基底，其中该涂覆的基底具有根据TAPPI559试剂盒测试所测量的7-12的耐油脂性。
16.一种产品包装，其包含权利要求1的涂覆的基底。
17.一种生产可堆肥涂覆的基底的方法，该可堆肥涂覆的基底包含基底和可堆肥涂层，该方法包括：
通过将包含至少一种可堆肥聚合物和水的水性分散体施加到包含纤维素材料的该基底上，来生产该可堆肥涂覆的基底，
其中该可堆肥涂层包含基于干重计小于或等于约20克/平方米(gsm)的涂层重量，和
其中该可堆肥涂覆的基底具有根据TAPPI 559试剂盒测试所测量的4-12的耐油脂性。
18.权利要求17的方法，其中该可堆肥聚合物包含聚乳酸(PLA)。
19.权利要求17的方法，其中该可堆肥涂层的涂层重量基于干重计小于或等于约10gsm。
20.权利要求17的方法，其中该可堆肥涂层的涂层重量基于干重计为约1gsm至约5gsm。
21.权利要求17的方法，其中该可堆肥涂覆的基底具有根据TAPPI559试剂盒测试所测量的7-12的耐油脂性。
22.权利要求17的方法，其中该水性分散体包含至少一种分散剂，其中该分散剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、纤维素多糖、生物聚合物多糖、合成烃聚合物、皂化脂肪酸、丙烯酸类共聚物、聚丙烯酸铵盐、聚醚羧酸酯聚合物以及碱中和的乙烯丙烯酸共聚物。
23.权利要求17的方法，其中该可堆肥聚合物选自聚乳酸(PLA)、聚苹果酸酯(PMA)、聚羟基链烷酸酯(PHA)、聚羟基丁酸酯(PHB)、聚己内酯(PCL)、聚酯酰胺(PEA)、聚羟基戊酸酯(PHV)、聚羟基己酸酯(PHH)、脂族共聚酯(PBSA)、聚呋喃酸乙二醇酯(PEF)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚(聚癸二酸酯)(PPS)和聚乙醇酸。
24.权利要求17的方法，其中当根据ASTM D-3285测量时，该涂覆的基底在约2分钟后表现出等于或小于约20的Cobb值。
25.权利要求17的方法，其中该至少一种可堆肥聚合物具有约0.2μm至约20μm的粒度。
26.一种涂覆的基底，其包含：
基底，其包含第一和第二主表面，其中该基底包含纤维素材料；和
可堆肥涂层，其包含至少一种可堆肥聚合物和分散剂，该可堆肥涂层位于该第一和第二主表面中的至少一个上，并且具有基于干重计小于约20克/平方米(gsm)的涂层重量。
27.权利要求26的涂覆的基底，其中该涂覆的基底包括纸。
28.权利要求26的涂覆的基底，其中当根据ASTM D-3285测量时，该涂覆的基底在约2分钟后表现出小于或等于约20的Cobb值。
29.权利要求26的涂覆的基底，其中该可堆肥涂层具有基于干重计小于或等于约10gsm的涂层重量。
30.权利要求26的涂覆的基底，其中该可堆肥涂层包含小于5wt％的不可堆肥添加剂。
31.权利要求26的涂覆的基底，其中该可堆肥聚合物选自聚乳酸(PLA)、聚苹果酸酯(PMA)、聚羟基链烷酸酯(PHA)、聚羟基丁酸酯(PHB)、聚己内酯(PCL)、聚酯酰胺(PEA)、聚羟基戊酸酯(PHV)、聚羟基己酸酯(PHH)、脂族共聚酯(PBSA)、聚呋喃酸乙二醇酯(PEF)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚(聚癸二酸酯)(PPS)和聚乙醇酸。
32.权利要求26的涂覆的基底，其中该分散剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、纤维素多糖、生物聚合物多糖、合成烃聚合物、皂化脂肪酸、丙烯酸类共聚物、聚丙烯酸铵盐、聚醚羧酸酯聚合物以及碱中和的乙烯丙烯酸共聚物。
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