CN110719979A - 涂层结构体、片状产品及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于包含木质纤维素纤维的片状基材的涂层结构体。该结构体包括至少一个预涂层，该预涂层包括(a)至少70重量％的第一苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物，该共聚物在稳定剂存在下聚合，且其玻璃化转变温度Tg≤20℃，优选≤10℃，(b)≤30重量％的无机片状矿物颗粒，例如高岭土或滑石，和(c)0.01‑2重量％的至少一种第一增稠剂。该涂层结构体还包括顶涂层，该顶涂层包括(a)至少50重量％的第二苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物，该共聚物在稳定剂存在下聚合，且其玻璃化转变温度Tg≤20℃，优选≤10℃，(b)≤30重量％的无机矿物颗粒，(c)0.01‑5重量％的至少一种第二增稠剂，和(d)0.5‑30重量％的抗粘连剂。本发明还涉及一种片状产品，其涂布有涂层结构体。

Description

涂层结构体、片状产品及其用途
本发明涉及根据所附独立权利要求前序部分的涂层结构体(coatingstructure)、片状产品及其用途。
可以在纸或纸板的表面上施加各种涂层以改善它们的性能。油脂阻挡和水蒸气阻挡性能对于用于包装目的产品的纸和纸板是特别重要的。施加在纸或纸板的表面上的涂层应该提供有效的屏障，以防止包装内的物品的泄漏和/或保护被包装的物品不受污染和/或不与周围大气接触。对于用于食品和可消费液体的包装材料，阻隔要求特别严格。
用于包装目的涂层还应当具有良好的抗折皱性和抗折叠性。当纸或纸板被折叠为盒子或包裹在产品周围时，涂层不应开裂。裂纹可降低或甚至完全破坏涂层的阻隔性能。
此外，纸和纸板涂层在产品制造和转换过程中应该是防粘连的。如果涂层在高压和高温下软化，则它可能在重绕到卷轴上的下一层之后粘附，并且在冷却时阻塞整个卷轴。在转换过程中，涂层应具有合适的摩擦性能以便在该过程中平稳地运行。涂层还应具有适当的可胶合性(以便用于高速包装线)，其决定了通过将粘合剂施加到涂层表面而产生结合的速度和强度。
应该满足的另一方面是包装的可回收性。在所包装物品被消耗之后，这种用于纸和纸板包装的材料被理想地收集以用于再循环，即再制浆。在这种情况下，涂层还必须满足再循环的要求，例如，它不应干扰再制浆过程。层压在纸或纸板表面上的传统塑料膜不一定是可容易地进行再制浆的。因此，层压的纸和纸板产品通常最终成为能量浪费品，这从资源的角度来看是不经济的。
本发明的目的是最小化或者甚至消除现有技术中存在的缺点。
本发明的另一个目的是提供一种涂层结构体和一种片状产品，它们提供良好的油脂和水蒸气阻隔性能。
本发明的目的是提供一种涂层结构体，其在被折皱(creased)和/或折叠时耐开裂。
本发明的另一个目的是提供一种适于在高涂布速度下进行涂布并具有良好的运行性能的涂层结构体。
这些目的通过具有以下在独立权利要求的特征部分中呈现的特征的本发明来实现。本发明的一些优选实施方案在从属权利要求中给出。
在适用的情况下，本文中提到的实施方案涉及本发明的所有方面，即使这并不总是被单独提到。
通常，根据本发明的用于包含木质纤维素纤维的片状基材的涂层结构体包括：
-至少一个预涂层，其包含：
(a)至少70重量％的第一苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物，其在稳定剂存在下聚合，且其玻璃化转变温度Tg≤20℃，优选≤10℃，
(b)<30重量％的无机片状矿物颗粒，例如高岭土或滑石，和
(c)0.01-2重量％的至少一种第一增稠剂；以及
-顶涂层，其包含
(a)至少50重量％的第二苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物，其在稳定剂存在下聚合，且其玻璃化转变温度Tg≤20℃，优选≤10℃，
(b)≤30重量％的无机矿物颗粒，
(c)0.01-5重量％的至少一种第二增稠剂，和
(d)0.5-30重量％的抗粘连剂。
通常，根据本发明的片状产品包括：
-包含木质纤维素纤维并具有第一和第二平行的大表面的基材，和
-施加在基材的至少一个大表面上的根据本发明的涂层结构体。
现在，已经令人惊讶地发现，根据本发明的包含明确限定的预涂层和明确限定的顶涂层的涂层结构体提供良好的抗开裂性，即使当涂布有该涂层结构体的基材在包装的制造期间经受折叠。涂层结构体还提供了良好的油脂和/或水分阻隔性。此外，当产品被卷绕成卷或堆叠成片材时，涂层结构体的表面不会粘附到相邻的涂层结构体表面。因此，根据本发明的涂层结构体尤其提供了用于包装和其它类似目的最佳性能。
在本发明的上下文中，所有给出的涂层和涂料组合物中的各种组分的重量％值是基于涂层或组合物的总的干固体含量来计算。
根据本发明的涂层结构体包括至少一个预涂层和顶涂层。将预涂层施加在包含木质纤维素纤维的片状基材的表面上。在一些实施方案中，在施加预涂层之前，片状结构体的表面可以是表面施胶的，例如用疏水性表面胶料进行表面施胶，但优选将预涂层直接施加在不含任何预先存在的处理层的片状基材的表面上。基材可以包括内部胶料。
根据本发明的一个实施方案，涂层结构体可以包含两个或更多个预涂层和一个顶涂层，所述顶涂层施加在最外侧的预涂层上。各个预涂层可以彼此不同或彼此相同。通过使用多个预涂层，可以通过使用不同的预涂层和/或使用较轻的各个预涂层来调整涂层结构体的阻隔性能。
根据一个实施方案，涂层结构体由一个或多个预涂层和至少一个顶涂层，优选一个顶涂层组成，由此预涂层或最外侧的预涂层和顶涂层彼此直接接触。这意味着在预涂层和顶涂层之间没有其它层。当涂层结构体包括多于一个预涂层时，最外侧的预涂层表示离基材最远的预涂层。
预涂层包含至少70重量％的第一苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物，该共聚物在稳定剂存在下聚合，并且其玻璃化转变温度Tg≤20℃，优选≤10。根据本发明的一个实施方案，预涂层可包含70-99重量％，优选70-95重量％，更优选73-90重量％的第一苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物。顶涂层包含至少50重量％的第二苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物，其在稳定剂存在下聚合，并且其玻璃化转变温度Tg≤20℃，优选≤10℃。根据本发明的一个实施方案，顶涂层可包含50-99重量％，优选60-95重量％，更优选63-85重量％的第二苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物。
第一和/或第二苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物可通过至少单体(a)、单体(b)和任选的单体(c)在稳定剂存在下的自由基乳液共聚获得，其中单体(a)为至少一种任选取代的苯乙烯，单体(b)为至少一种(甲基)丙烯酸C1-C4烷基酯。
根据一个优选的实施方案，基于单体(a)、(b)和任选的(c)的总的干固体含量，第一和/或第二苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物的单体(a)选自苯乙烯；取代的苯乙烯，例如α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、乙基乙烯基甲苯、氯甲基苯乙烯；及其任何混合物。单体(a)的量可以是0.1-75重量％，优选5-60重量％，更优选10-55重量％。
第一和/或第二苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物的合适单体(b)可以选自丙烯酸C1-C4烷基酯；甲基丙烯酸C1-C4烷基酯；或它们的混合物，例如丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯或丙烯酸2-丁酯和相应的甲基丙烯酸丁酯；丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯或甲基丙烯酸丙酯。根据本发明的一个优选实施方案，单体(b)选自(甲基)丙烯酸丁酯。它可以包括例如至少两种异构的丙烯酸丁酯的混合物。更优选地，单体组分(b)是丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯或丙烯酸正丁酯和丙烯酸叔丁酯的混合物。基于单体(a)、(b)和任选的(c)的总的干固体含量，单体(b)的量可以是25-99.9重量％，优选30-95重量％，更优选35-90重量％。
根据一个实施方案，第一和/或第二苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物也源自至少一种单体(c)，其是烯属不饱和的并且不同于单体(a)和(b)。优选地，第一和/或第二苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物是羧化共聚物，优选通过使上述单体(a)和(b)与单体(c)聚合而获得，所述单体(c)选自羧酸，如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸或苯乙烯磺酸。优选丙烯酸和苯乙烯磺酸。任选的单体(c)的量可以是0.1-15重量％，优选0.1-10重量％，更优选1-5重量％，基于单体(a)、(b)和(c)的总的干固体含量。更优选地，第一和/或第二苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物都是羧化共聚物，优选通过使包含1-5重量％的羧酸的单体混合物聚合而获得。
根据本发明的一个实施方案，第一和第二苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物在稳定剂存在下聚合，所述稳定剂选自降解的淀粉和聚乙烯醇，优选平均分子量Mn为500-10000的降解的淀粉。可以通过使淀粉经受氧化、热、酸、水解或酶降解来获得降解的淀粉。优选氧化降解。次氯酸盐、过氧化二硫酸盐、过氧化氢或它们的混合物可以用作氧化剂。用于本发明的降解的淀粉可以是任何合适的经降解的天然淀粉，例如马铃薯、大米、玉米、糯玉米、小麦、大麦或木薯淀粉。淀粉的支链淀粉含量＞80％，优选＞95％是有利的。
第一和第二苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物的聚合可以通过将上述单体以及适于引发聚合的自由基引发剂单独或作为混合物加入到稳定剂水溶液中来进行。聚合过程通常在不存在氧的情况下进行，优选在惰性气体气氛中，例如在氮气下进行。根据本发明的一个实施方案，反应混合物中单体的总量为10-92重量％，优选20-90重量％，更优选35-88重量％，基于反应混合物的总的干固体含量。在此，单体的量是指在聚合过程中加入到反应混合物中的单体(a)、(b)和任选的(c)的总量。
根据本发明的一个优选实施方式，用于预涂层的第一苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物和用于顶涂层的第二苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物彼此相同。
第一和/或第二苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物可具有在-40℃至+20℃，优选-20℃至+10℃，更优选-10℃至+10℃的范围内的玻璃化转变温度，该玻璃化转变温度范围提供这样的共聚物，其显示所需的阻隔性能，并且足够软以在将基材折皱或折叠成包装时耐开裂。
预涂层优选包含无机片状矿物颗粒。在本文中，片状矿物优选理解为无机矿物，其颗粒具有大于10的形状因子，无机片状矿物颗粒的典型实例是高岭土、滑石和它们的任意混合物。预涂层和顶涂层中的片状矿物颗粒可以相同或不同，优选预涂层和顶涂层中的片状矿物颗粒相同。优选片状矿物颗粒，因为它们为涂层结构体提供改进的阻隔性能。通常，预涂层包含≤30重量％的无机片状矿物颗粒。根据一个实施方案，预涂层可包含0.1-30重量％，优选5-25重量％，更优选10-20重量％的无机片状矿物颗粒。优选地，无机矿物颗粒的量尽可能高，因为它不仅提供优异的阻隔性能而且还节省成本。
顶涂层包含无机矿物颗粒，例如片状矿物颗粒、多孔二氧化硅颗粒、高岭土颗粒、研磨碳酸钙颗粒、沉淀碳酸钙颗粒或其任何混合物。顶涂层优选包含增强顶涂层的抗粘连性质的无机矿物颗粒。优选地，顶涂层中的无机矿物颗粒选自如上所述的片状矿物颗粒或选自多孔二氧化硅或高岭土颗粒。通常顶涂层包含≤30重量％，优选≤20重量％的无机矿物颗粒。顶涂层可包含0.1-30重量％，优选5-25重量％，更优选5-20重量％的无机矿物颗粒，优选无机片状矿物颗粒。
预涂层和顶涂层中的无机矿物颗粒可以相同或不同。
预涂层包含至少一种第一增稠剂，并且顶涂层包含至少一种第二增稠剂。第一和/或第二增稠剂可选自合成pH触发的增稠剂，例如碱溶性/可溶胀型乳液(ASE)增稠剂；疏水改性的碱溶性乳液(HASE)增稠剂；聚乙烯醇；乙基化的聚乙烯醇；羧甲基纤维素；黄原胶；瓜尔胶或阿拉伯胶。增稠剂改善了有色涂料的运行性能，尤其是在高涂布速度下。
根据本发明的一个实施方案，第一增稠剂和第二增稠剂可以彼此不同，其中第一增稠剂优选选自合成增稠剂，优选选自合成pH触发的增稠剂，且第二增稠剂优选为羧甲基纤维素。
预涂层中第一增稠剂的量通常为0.01-2重量％。在存在几种第一增稠剂的情况下，该量包括它们全部的量。根据一个优选的实施方案，预涂层包含0.1-2重量％，优选0.1-1.5重量％，更优选0.2-1重量％的至少一种第一增稠剂。
顶涂层中第二增稠剂的量通常为0.01-5重量％。在存在几种第一增稠剂的情况下，该量包括它们全部的量。根据一个优选的实施方案，顶涂层包含0.1-5重量％，优选0.1-3重量％，更优选0.1-2重量％的至少一种第二增稠剂。
顶涂层可包含0.5-30重量％，优选1-30重量％，更优选1-20重量％或2-20重量％，甚至更优选1-15或5-15重量％的抗粘连剂。根据一个实施方案，顶涂层中的抗粘连剂可选自阴离子型C16-C18烯基烯酮二聚体、石蜡、巴西棕榈蜡、硬脂酸钙、聚甘油酯或高密度聚乙烯。
优选地，顶涂层包含0.5-30重量％的C16-C18烯基烯酮二聚体作为抗粘连剂。在顶涂层中，阴离子C16-C18烯基烯酮二聚体的量可为1-30重量％，优选2-20重量％，更优选5-15重量％。
预涂层和/或顶涂层可包含与-OH或-COOH基团反应的交联剂。合适的交联剂的实例尤其是柠檬酸、碳酸锆、乙二醛、脲醛和三聚氰胺甲醛。交联剂例如通过减少可用于与水反应的端基的数量而使涂层对水较不敏感。交联剂也可以改善涂层结构体的再制浆性能。
根据本发明的一个实施方案，涂层结构体可以包括施加在顶涂层上的聚乙烯膜。聚乙烯膜提供改进的阻隔性能，尤其是当涂层结构体施加在欲用于液体包装的基材上时。
根据本发明的另一个实施方案，涂层结构体不含任何层压的聚合物膜层。这改善了涂层结构体的再制浆性。
该涂层结构体能够制造具有预涂层和顶涂层的不同组合的各种涂层。预涂层和顶涂层中的涂层重量可根据所需最终用途自由选择。根据本发明的一个实施方案，预涂层可具有2-30g/m2、优选3-20g/m2、更优选5-15g/m2的涂层重量，并且顶涂层具有0.5-20g/m2、优选0.5-15g/m2、更优选0.5-10g/m2的涂层重量。在涂层结构体包括多个预涂层的情况下，所给出的经计算的重量表示所有预涂层的总涂层重量。
用涂层结构体涂布的基材优选是包含木质纤维素纤维的基材。木质纤维素纤维可以通过任何常规制浆方法获得，包括化学、机械、化学-机械制浆方法。木质纤维素纤维也可以是再循环的纤维。基材具有第一和第二平行的大表面，并且其通常为连续纤维网的形式。基材的克重可为25-800g/m2，优选30-700g/m2，更优选40-500g/m2。
通过使用任何常规的涂布技术，例如棒涂、刮涂、喷涂或幕涂，将涂层结构体施加在基材的至少一个大表面上。
根据一个优选的实施方案，所得涂布产品的TAPPI 559KIT测试值为至少8，优选至少10，更优选至少12。KIT测试值测量涂层对油和油脂的排斥性，并且根据标准TAPPI方法T-559pm-96进行测量。
根据一个优选的实施方案，所得涂布产品的矿物油阻隔HVTR值＜100g/m2/d。所用的己烷蒸气透过率(HVTR)值通过使用BASF开发的测试方法获得。在测试中，将己烷置于由阻隔样品覆盖的测量杯中，并测量己烷通过已知区域的蒸发。该测试方法是本领域技术人员公知的。
根据一个优选的实施方案，所得涂布产品在23℃和50％相对湿度下具有水蒸汽阻隔WVTR值＜100g/m2/d。WVTR值可以使用ASTM F-1249、ISO 15105-2、ISO 15106-3、DIN53122-2的标准方法测量。
该产品可用于制作食品包装或液体包装。
实验
参考样品1
使用半中试涂布器进行卷到卷涂布。将130g/m2的衬板用作基材。涂布速度为10m/min，使用20μm的棒进行涂布。所用的有色涂料含有50％的Tg＝20℃的苯乙烯丙烯酸酯粘结剂和50％的滑石颜料(Finntalc C15，用于所有以下实施例中)。样品基材用有色涂料双层涂布。在烘箱中测定涂层重量。
使用括号中给出的标准方法测试以下阻隔性能：
-氧，OTR(ASTM D3985，23℃50％RH；23℃80％RH)
-水蒸气，WVTR(ASTM E-96，D3985&F1927，23℃50％RH)
-水，Cobb 300s(ISO 535，EN 20535&TAPPI T 441)
-油脂和油
-KIT试验(TAPPI方法T-559pm-96)
-橄榄油40℃(ISO 16235-2&TAPPI 507cm-99)，5巴170小时
所得结果列于表2，图1给出了经折皱和经染色的样品的视觉结果。
参考样品2
使用半中试涂布器进行卷到卷涂布。将130g/m2的衬板用作基材。涂布速度为10m/min，使用14μm的棒进行涂布。样品基材涂布有预涂层和顶涂层。用于预涂层和顶涂层的有色涂料的组成示于表1中，所用的有色涂料含有Tg＝10℃的苯乙烯丙烯酸酯粘结剂。
表1.参考样品1的预涂层有色涂料和顶涂层有色涂料的组成。
预涂层(％) 顶涂层(％)
粘结剂，Tg＝10℃ 66.6 58.4
滑石 28.6 25
聚乙烯醇(Poval6-98) 4.8 8.3
AKD - 8.3
所得结果列于表2，图2给出了有折皱和经染色的样品的视觉结果。
表2.所得参考样品1和2的结果。
涂层特性 参考样品1 参考样品2
涂层重量(g/m<sup>2</sup>) 19.4 14.8
OTR 23℃50％RH(cm<sup>3</sup>/m<sup>2</sup>，d，棒) 100 0.7
WVTR 23℃50％RH(g/m<sup>2</sup>，d) 20 33.6
Cobb 300s(g/m<sup>2</sup>) 8.38 41
KIT 12 12
橄榄油试验 无油脂渗透 有2％被染色
HVTR(g/m<sup>2</sup>*d) - 10
涂布实施例3
所用的基材是265g/m2的折叠箱板。通过使用RK K Control Coater棒涂布装置将一个或两个阻挡预涂层施加到未涂布的基材上。对于双层涂布的样品，通过使用具有24μm线径的涂布棒(3)施加预涂层。对于三层涂布的样品，通过使用具有24μm的线径的涂布棒(3)来施加第一预涂层，并且通过使用具有0.05μm的线径的光滑棒(0)来施加第二预涂层。使用具有0.05μm的线径的光滑棒(0)来施加顶涂层，得到4微米的湿膜厚度。涂布速度设定为5，使用IR干燥机干燥60秒。所用的有色涂料的组成示于表3中，所用的有色涂料含有Tg＝5℃的苯乙烯丙烯酸酯粘结剂。
表3.涂布实施例3的预涂层有色涂料和顶涂层有色涂料的组成
预涂层(％) 顶涂层(％)
粘结剂，Tg 5℃ 79.6 74
滑石 20 10
ASE型合成增稠剂 0.4 -
AKD - 10
交联剂碳酸锆钾 - 5
CMC(Finnfix-10) - 1
使用NaOH将预涂层有色涂料的pH调节至8.5。
对涂布的样品进行简单的转换测试。该试验包括用Cyklos CPM 450折皱和穿孔装置进行样品折皱，并用Cobb-辊以恒定压力按压折痕进行折叠。在纵向和横向进行折皱和折叠。通过使用溶解在乙醇中的甲基红对折叠样品进行染色测试。使用Systech渗透分析仪M7002仪器测量水蒸气阻隔性能。使用蒸煮的鸡脂肪来测试油脂阻隔性能。将脂肪置于经涂布和折叠的FBB样品的阻隔涂布侧，并在60℃烘箱中放置60分钟，拍摄相片以评价油脂渗透性。
图3a中给出了通过使用棒3施加预涂层，通过使用棒0施加顶涂层进行双层涂布的经折皱和折叠并经染色的样品(涂层重量为13.8g/m2)的视觉结果。图3b中给出了经折皱和折叠的类似样品(涂层重量为13.8g/m2)的鸡脂肪油脂阻隔性测试的视觉结果。表4中给出了涂层重量12.6的类似样品的测量结果。
图3c中给出了通过使用棒3和0施加两个预涂层，并通过使用棒0施加顶涂层进行三层涂布的经折皱和折叠并经染色的样品(涂层重量为15.9g/m2)的视觉结果。图3d中给出了经折皱和折叠的类似样品(涂层重量为15.9g/m2)的鸡脂肪油脂阻隔性测试的视觉结果。
表4.获得的涂布实施例3的双层涂布样品的结果
涂层特性 值
涂层重量(g/m<sup>2</sup>) 12.6
WVTR 23℃50％RH(g/m<sup>2</sup>，d) 52.0
Cobb 300s(g/m<sup>2</sup>) 47
涂布实施例4
所用的基材是265g/m2折叠箱板。通过使用RK K Control Coater棒涂布单元和具有24μm线径的涂布棒(3)将阻挡预涂层施加在未涂布的基材上。使用具有0.05μm线径的光滑棒(0)施加顶涂层，得到4微米的湿膜厚度。涂布速度设定为5，使用IR干燥机干燥60秒。所用的有色涂料的组成示于表5中，所用的有色涂料含有Tg＝5℃的苯乙烯丙烯酸酯粘结剂。
表5.涂布实施例4的预涂层有色涂料和顶涂层有色涂料的组成
预涂层(％) 顶涂层(％)
粘结剂，Tg 5℃ 79.6 73.2
滑石 20 10
HASE型合成增稠剂 0.4 -
AKD - 9.9
交联剂碳酸锆钾 - 5
CMC(Finnfix-10) - 1.9
使用NaOH将预涂层有色涂料的pH调节至8.5。
以与涂布实施例3所述相同的方式对样品进行简单的转换测试。
图4a给出了经折皱和折叠并经染色的样品(涂层重量13.8g/m2)的视觉结果。图4b中给出了经折皱和折叠的样品(涂层重量13.8g/m2)的鸡脂肪油脂阻隔性测试的视觉结果。类似的涂层重量为11.1g/m2的样品所得的测量结果列于表6。
表6.获得的涂布实施例4的双层涂布样品的结果
涂层特性 值
涂层重量(g/m<sup>2</sup>) 11.1
WVTR 23℃50％RH(g/m<sup>2</sup>，d) 47.4
Cobb 300s(g/m<sup>2</sup>) 47
涂布实施例5
所用的基材是265g/m2折叠箱板。通过使用RK K Control Coater棒涂布单元和具有24μm线径的涂布棒(3)将阻挡预涂层施加在未涂布的基材上。使用具有0.05μm线径的光滑棒(0)施加顶涂层，得到4微米的湿膜厚度。涂布速度设定为5，使用IR干燥机干燥60秒。所用的有色涂料的组成示于表7中，所用的有色涂料含有Tg＝5℃的苯乙烯丙烯酸酯粘结剂。
表7.涂布实施例5的预涂层有色涂料和顶涂层有色涂料的组成
预涂层(％) 顶涂层(％)
粘结剂，Tg 5℃ 74.7 77.0
滑石 19.3 11
ASE型合成增稠剂 0.35 -
AKD - 10.4
交联剂碳酸锆钾 5.1 -
CMC(Finnfix-10) 0.55 9.9
乙基化的聚乙烯醇(Exceval HR-3010) - 0.6
使用NaOH将预涂层有色涂料的pH调节至8.5。
以与涂布实施例3所述相同的方式对样品进行简单的转换测试。
图5a给出了经折皱和折叠并经染色的样品(涂层重量为12.5g/m2)的视觉结果。图5b中给出了经折皱和折叠的样品(涂层重量为12.5g/m2)的鸡脂肪油脂阻隔性测试的视觉结果。类似的涂层重量为10.6g/m2的样品所得的测量结果列于表8。
表8.获得的涂布实施例5的双层涂布样品的结果
涂层特性 值
涂层重量(g/m<sup>2</sup>) 10.6
WVTR 23℃50％RH(g/m<sup>2</sup>，d) 55.0
Cobb 300s(g/m<sup>2</sup>) 50
涂布实施例6
所用的基材是265g/m2折叠箱板。通过使用RK K Control Coater棒涂布单元和具有24μm线径的涂布棒(3)将阻挡预涂层施加在未涂布的基材上。使用具有0.05μm线径的光滑棒(0)施加顶涂层，得到4微米的湿膜厚度。涂布速度设定为5，使用IR干燥机干燥60秒。所用的有色涂料的组成示于表9中，所用的有色涂料含有Tg＝5℃的苯乙烯丙烯酸酯粘结剂。
表9.涂布实施例6的预涂层有色涂料和顶涂层有色涂料的组成。
预涂层(％) 顶涂层(％)
粘结剂，Tg 5℃ 89.6 64.1
滑石 10 19.9
ASE型合成增稠剂 0.4 -
AKD - 9.9
交联剂碳酸锆钾 - 4.9
CMC(Finnfix-10) - 1.2
以与涂布实施例3所述相同的方式对样品进行简单的转换测试。
图6a给出了经折皱和折叠并经染色的样品的视觉结果。图6b中给出了经折皱和折叠的样品的鸡脂肪油脂阻隔性测试的视觉结果。类似样品所得的测量结果列于表10。
表10.获得的涂布实施例6的双层涂布样品的结果
涂层特性 值
涂层重量(g/m<sup>2</sup>) 9.8
WVTR 23℃50％RH(g/m<sup>2</sup>，d) 60.6
Cobb 300s(g/m<sup>2</sup>) 49
涂布实施例7
所用的基材是235g/m2折叠箱板。通过使用RK K Control Coater棒涂布单元和具有24μm线径的涂布棒(3)将阻挡预涂层施加在未涂布的基材上。使用具有0.05μm线径的光滑棒(0)施加顶涂层，得到4微米的湿膜厚度。涂布速度设定为5，使用IR干燥机干燥60秒。所用的有色涂料的组成示于表11中，所用的有色涂料含有Tg＝10℃的羧化苯乙烯丙烯酸酯粘结剂。
表11.涂布实施例7的预涂层有色涂料和顶涂层有色涂料的组成。
预涂层(％) 顶涂层(％)
粘结剂，Tg 10℃ 79.6 74.1
滑石 20 9.9
ASE型合成增稠剂 0.4 -
AKD - 9.9
交联剂碳酸锆钾 - 4.9
CMC(Finnfix-10) - 1.2
以与涂布实施例3所述相同的方式对样品进行简单的转换测试。
图7a给出了经折皱和折叠并经染色的样品的视觉结果。图7b中给出了经折皱和折叠的样品的鸡脂肪油脂阻隔性测试的视觉结果。相同样品所得的测量结果列于表12。
表12.获得的涂布实施例7的双层涂布样品的结果。
涂层特性 值
涂层重量(g/m<sup>2</sup>) 10.6
WVTR 23℃50％RH(g/m<sup>2</sup>，d) 55.0
Cobb 300s(g/m<sup>2</sup>) 50
涂布实施例8
所用的基材是265g/m2折叠箱板。通过使用RK K Control Coater棒涂布单元和具有24μm线径的涂布棒(3)将阻挡预涂层施加在未涂布的基材上。使用具有0.05μm线径的光滑棒(0)施加顶涂层，得到4微米的湿膜厚度。涂布速度设定为5，使用IR干燥机干燥60秒。所用的有色涂料的组成示于表13中，所用的有色涂料含有Tg＝5℃的苯乙烯丙烯酸酯粘结剂。
表13.涂布实施例8的预涂层有色涂料和顶涂层有色涂料的组成。
Figure BDA0002310250780000161
以与涂布实施例3所述相同的方式对样品进行简单的转换测试。
相同样品的测量结果列于表14。
表14.获得的涂布实施例8的双层涂布样品的结果
涂层特性 值
涂层重量(g/m<sup>2</sup>) 12.2
WVTR 23℃50％RH(g/m<sup>2</sup>，d) 55.9
Cobb 300s(g/m<sup>2</sup>) 49
涂布实施例9
所用的基材是265g/m2折叠箱板。通过使用RK K Control Coater棒涂布单元和具有24μm线径的涂布棒(3)将阻挡预涂层施加在未涂布的基材上。使用具有0.05μm线径的光滑棒(0)施加顶涂层，得到4微米的湿膜厚度。涂布速度设定为5，使用IR干燥机干燥60秒。所用的有色涂料的组成示于表15中，所用的有色涂料含有Tg＝5℃的苯乙烯丙烯酸酯粘结剂。
表15.涂布实施例9的预涂层有色涂料和顶涂层有色涂料的组成。
Figure BDA0002310250780000162
Figure BDA0002310250780000171
以与涂布实施例3所述相同的方式对样品进行简单的转换测试。
图8a中给出了经折皱和折叠并经染色的样品的视觉结果。图8b中给出了经折皱和折叠的样品的鸡脂肪油脂阻隔性测试的视觉结果。类似样品的测量结果列于表16。
表16.获得的涂布实施例9的双层涂布样品的结果。
涂层特性 值
涂层重量(g/m<sup>2</sup>) 14.5
WVTR 23℃50％RH(g/m<sup>2</sup>，d) 47.5
Cobb 300s(g/m<sup>2</sup>) 44
为了开发用于基于纤维的包装的阻隔涂层，仅关注涂层作为平坦表面的性质是不够的。阻隔涂布的产品将经历转换加工过程，因此涂层在折皱和折叠过程中能保持完整是至关重要的。上述实施例表明，具有良好阻隔性能但是在折叠处开裂并且损失了其作为平坦样品时的阻隔性能的参考样品不能在商业上用作阻隔涂层。涂布实施例3-9表明，根据本发明的不同的涂层制剂可以提供良好的阻隔性和良好的转换性能的组合。产品可以是双层或多层涂布的。所公开的涂层结构体提供了特别改进的油脂和水蒸气阻隔性能。
即使参考目前看来是最实用和优选的实施方案描述了本发明，但是应当理解，本发明不应限于上述实施方案，而是还旨在涵盖落入所附权利要求的范围内的不同修改和等同技术方案。

Claims (18)

1.一种涂层结构体，其用于包含木质纤维素纤维的片状基材，所述涂层结构体包含：
-至少一个预涂层，其包含：
(a)至少70重量％的第一苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物，其在稳定剂存在下聚合，且其玻璃化转变温度Tg≤20℃，优选≤10℃，
(b)≤30重量％的无机片状矿物颗粒，例如高岭土或滑石，和
(c)0.01-2重量％的至少一种第一增稠剂；以及
-顶涂层，其包含
(a)至少50重量％的第二苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物，其在稳定剂存在下聚合，且其玻璃化转变温度Tg≤20℃，优选≤10℃，
(b)≤30重量％的无机矿物颗粒，
(c)0.01-5重量％的至少一种第二增稠剂，和
(d)0.5-30重量％的抗粘连剂。
2.根据权利要求1所述的涂层结构体，其特征在于，所述预涂层包含：
(a)70-99重量％，优选70-95重量％，更优选73-90重量％的第一苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物，和/或
(b)0.1-30重量％，优选5-25重量％，更优选10-20重量％的无机片状矿物颗粒，和/或
(c)0.1-2重量％，优选0.1-1.5重量％，更优选0.2-1重量％的至少一种第一增稠剂。
3.根据权利要求1或2所述的涂层结构体，其特征在于，所述顶涂层包含：
(a)50-99重量％，优选60-95重量％，更优选63-85重量％的第二苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物，和/或
(b)0.1-30重量％，优选5-25重量％，更优选5-20重量％的无机矿物颗粒，和/或
(c)0.1-5重量％，优选0.1-3重量％，更优选0.1-2重量％的至少一种第二增稠剂，和/或
(d)1-30重量％，优选1-20重量％，更优选1-15重量％的抗粘连剂。
4.根据权利要求1、2或3所述的涂层结构体，其特征在于，所述抗粘连剂选自C16-C18烯基烯酮二聚体、石蜡、巴西棕榈蜡、硬脂酸钙、聚甘油酯或高密度聚乙烯。
5.根据前述权利要求1-4中任一项所述的涂层结构体，其特征在于，所述苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物在稳定剂存在下聚合，所述稳定剂选自淀粉和聚乙烯醇，优选淀粉。
6.根据前述权利要求1-5中任一项所述的涂层结构体，其特征在于，所述苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物优选是通过使包含1-5重量％的羧酸的单体混合物聚合而获得的羧化共聚物。
7.根据前述权利要求1-6中任一项所述的涂层结构体，其特征在于，所述第一和/或第二苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物具有-40至20℃，优选-20至10℃，更优选-10至10℃的玻璃化转变温度。
8.根据前述权利要求1-7中任一项所述的涂层结构体，其特征在于，所述第一苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物和所述第二苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物彼此相同。
9.根据前述权利要求1-8中任一项所述的涂层结构体，其特征在于，所述第一增稠剂和/或所述第二增稠剂选自合成pH触发的增稠剂，例如碱溶性/可溶胀型乳液(ASE)增稠剂、疏水改性的碱溶性乳液(HASE)增稠剂；聚乙烯醇；乙基化的聚乙烯醇；羧甲基纤维素；黄原胶；瓜尔胶或阿拉伯胶。
10.根据前述权利要求1-9中任一项所述的涂层结构体，其特征在于，所述第一增稠剂和所述第二增稠剂彼此不同，其中所述第一增稠剂优选选自合成增稠剂，优选选自合成pH触发的增稠剂；并且所述第二增稠剂优选是羧甲基纤维素。
11.根据前述权利要求1-10中任一项所述的涂层结构体，其特征在于，所述预涂层和/或顶涂层包含与-OH或-COOH基团反应的交联剂。
12.根据前述权利要求1-11中任一项所述的涂层结构体，其特征在于，所述结构体包含两个或更多个预涂层和一个施加在最外侧预涂层上的顶涂层。
13.根据前述权利要求1-12中任一项所述的涂层结构体，其特征在于，所述结构体包含施加在所述顶涂层上的聚乙烯膜。
14.根据前述权利要求1-13中任一项所述的涂层结构体，其特征在于，所述预涂层具有2-30g/m2，优选3-20g/m2，更优选5-15g/m2的涂层重量，并且所述顶涂层具有0.5-20g/m2，优选0.5-15g/m2，更优选0.5-10g/m2的涂层重量。
15.一种片状产品，其包括：
-基材，其包含木质纤维素纤维并具有第一和第二平行的大表面，和
-施加在所述基材的至少一个大表面上的根据权利要求1-14中任一项所述的涂层结构体。
16.根据权利要求15所述的片状产品，其特征在于，所述基材的克重为25-800g/m2，优选30-700g/m2，更优选40-500g/m2。
17.根据权利要求15或16所述的片状产品，其特征在于，所述产品的KIT测试值为至少8，矿物油阻隔HVTR值为＜100g/m2/d，和/或水蒸气阻隔WVTR值为＜100g/m2/d。
18.根据权利要求15-17中任一项所述的片状产品用于制造食品包装的用途。
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