CN114402108A - 含半纤维素的涂料 - Google Patents

Abstract

本发明描述了用包含半纤维素和/或木质素和蔗糖脂肪酸酯的组合物处理纤维素材料以改变此类材料的阻隔功能的方法。所公开的方法使用半纤维素或木质素与糖脂肪酸酯结合以在纤维素质材料上形成膜，包括本公开内容提供通过所述方法制备的产品。由此处理的材料具有更有效的阻隔功能和机械性能，并且可用于需要这些特征的任何应用中。

Description

含半纤维素的涂料

发明背景

本发明总体上涉及处理半纤维素，更具体地涉及使用与半纤维素结合的生物基酯产生基于半纤维素的涂料的方法，所述涂料克服对高相对湿度的抗性，其中所述酯和方法可用于将半纤维素改性以开发用于纸、纸板和包装产品的涂料。

背景技术

在许多食品包装应用中，保护食品免受氧气影响是重要的，因为由于氧气的进入导致芳香化合物、脂肪化合物和维生素的氧化降低产品的质量和/或风味。这可通过使用具有低透氧率的阻隔材料来完成。此外，希望该材料是柔性的、耐机械性的、透明且低成本。此外，其他阻隔性能(如香气阻隔和油脂阻隔)也可为非常重要的。

半纤维素是在大多数植物中生物合成的多糖，它们充当存在于纤维素微原纤维之间的基质材料以及木质素和纤维素之间的连接物。半纤维素已在商业上用作食品中的甜味剂、增稠剂和乳化剂。目前为止，半纤维素的非食品应用非常有限。

半纤维素与液体/水分相互作用，并且在高相对湿度下氧气、香气和油脂的渗透性增加。该材料的水溶性在涂覆工艺中具有优势，但对于许多包装应用而言可为缺点。

该问题通常在工业中通过使用某种疏水性有机材料/碳氟化合物、硅氧烷(其对下面的半纤维素进行物理防护，以免受内容物中的水/脂质的影响，包括防止在纤维间隙中的芯吸、油脂流入褶皱，或使附着材料脱落)涂覆半纤维素来解决。例如，PVC/PEI/PE等材料通常用于此目的，并以物理方式附着(即喷涂或挤出)在待处理的表面上。

需要设计一种疏水/疏油且可堆肥的“绿色”生物基涂料，其可与半纤维素一起使用，而不牺牲由其制成的产品的生物降解性和/或可回收性。

发明内容

本公开内容涉及用含半纤维素的涂料处理纤维素材料的方法，包括用提供给纤维素组分增加的疏水性和/或疏油性同时保持其生物降解性/可回收性的组合物处理含纤维素的材料。所公开的方法提供了将糖脂肪酸酯(SFAE)与半纤维素结合，并且不需要使用有机载体、碱或单独的催化剂以使所述涂料结合至基于纤维素的材料。结合反应可应用于纤维素或预制材料。

在实施方案中，公开了包含结合了SFAE-半纤维素的基于纤维素的材料的组合物，其中SFAE和半纤维素以足够的浓度存在，以使结合的基于纤维素的材料具有低透氧率。在一个相关方面，糖脂肪酸酯包含至少一个糖基团和至少一个包含8至30个碳的脂族基团，并且涂料以足够的浓度存在以使结合的基于纤维素的材料与不含涂层的相同材料相比具有疏水性。在另一个方面，SFAE-半纤维素涂料可释放地或不可释放地结合到基于纤维素的材料上。

在另一个方面，SFAE以足够的浓度存在以使结合的基于半纤维素的材料具有等于或大于90°的水接触角，其中所述水接触角在不存在任何次级疏水物的情况下实现。在一个相关方面，涂料包含以干重百分比计1-99％的半纤维素含量。

在实施方案中，公开了一种组合物，其包括结合了SFAE-木质素的基于纤维素的材料，其中SFAE和木质素以足够的浓度存在以使结合的基于纤维素的材料具有耐水性。

在一个相关方面，包含组合物的基于纤维素的材料包括纸、纸片、纸板、纸浆、食品储存纸盒、羊皮纸、蛋糕板、屠夫纸、离型纸/衬垫、食品储存袋、购物袋、运输袋、培根板、隔绝材料、茶包、咖啡或茶容器、堆肥袋、餐具、冷热饮料容器、杯、盖、盘、充碳酸液体储存瓶、礼品卡片、非充碳酸液体储存瓶、食品包装薄膜、垃圾处理容器、食品处理工具、织物纤维(例如棉或棉混纺)、水储存和输送工具、酒精或非酒精饮料容器、电子产品的外壳或屏幕、家具内部或外部零件、窗帘和室内装潢品。

在实施方案中，公开了一种制备模制杯盖的方法，其包括将含有SFAE和半纤维素的组合物施加到可折叠纸片上；将所述折叠片材干燥足够长的时间以使组合物粘附到纸片上；将所述纸片放入杯盖模具中，并使所述纸片完全干燥；并且任选地，将盖加热额外的时间以使盖充分成形。

在一个方面，可折叠纸是微压花的。在另一个方面，糖脂肪酸酯包含至少一个糖基团和至少一个包含8至30个碳的脂族基团，并且组合物以足够的浓度存在以使结合的基于纤维素的材料与不含组合物的相同材料相比具有疏水性。

在一个相关方面，SFAE和半纤维素以足够的浓度存在以使结合的基于纤维素的材料具有低透氧率。在另一个相关方面，公开了一种包含通过该方法制备的模制杯盖的制品。

在实施方案中，公开了一种制备模制杯盖的方法，包括将含有SFAE和木质素的组合物施加到可折叠纸片上；将所述折叠纸片干燥足够长的时间以使组合物粘附到纸片上；将所述纸片放入杯盖模具中，并使所述纸片完全干燥；并且任选地，将盖加热额外的时间以使盖充分成形。在一个方面，可折叠纸是微压花的。

在一个相关方面，公开了一种包含通过该方法制备的模制杯盖的制品。在另一个相关的方面，SFAE是饱和的或不饱和的。

附图说明

图1显示了未经处理的中等孔隙度Whatman滤纸的扫描电子显微照片(SEM)(放大58倍)。

图2显示了未经处理的中等孔隙度Whatman滤纸的SEM(放大1070倍)。

图3显示了由回收纸浆制成的纸在用微纤化纤维素(MFC)涂覆之前(左)和之后(右)的SEM(放大27倍)的并列比较。

图4显示了由回收纸浆制成的纸在用MFC涂覆之前(左)和之后(右)的SEM(放大98倍)的并列比较。

图5显示了用各种涂料制剂处理的纸的水渗透：聚乙烯醇(PvOH)、菱形；

以1:1(体积/体积)，正方形；Ethylex(淀粉)，三角形；

以3:1(体积/体积)，叉号。

具体实施方式

在描述本发明的组合物、方法和方法学之前，应当理解本发明不限于所描述的特定组合物、方法和实验条件，因为所述组合物、方法和条件可以变化。还应理解，本文使用的术语仅用于描述具体的实施方案的目的，而不旨在限制，因为本发明的范围仅在所附权利要求中限制。

如在本说明书和所附权利要求中所用，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另有明确规定。因此，例如，提及“糖脂肪酸酯”包括一种或多种糖脂肪酸酯和/或本文所述类型的组合物，这对于本领域技术人员在阅读本公开内容等之后将变得显而易见。

除非另有定义，本文所用的所有技术术语和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。任何与本文所述的方法和材料相似或等效的方法和材料都可用于本发明的实践或测试，因为应当理解，修改和变化包括在本公开内容的精神和范围内。

如本文所用，“约”、“大约”、“基本上”和“显著地”被本领域普通技术人员理解并且在一定程度上取决于它们所使用的上下文而变化。如果该术语的使用对本领域普通技术人员而言结合使用其的给定上下文是不清楚的，则“约”和“大约”意指特定术语的正负<10％，并且“基本上”和“显著地”意指特定术语的正负>10％。“包括/包含”和“基本上由……组成”具有本领域的惯用含义。

在实施方案中，本公开内容显示通过用糖脂肪酸酯-半纤维素结合物处理纤维素，所得材料尤其可耐受高相对湿度。这些糖脂肪酸酯例如在通过细菌酶去除后本身易于消化。衍生化的表面具有很强的耐热性，能够承受高达250℃的温度，并且可比下面的基础基材更不透气。因此，在可使用含纤维素的材料的任何实施方案中，该材料是纤维素衍生问题的最佳解决方案。

本文公开的产品和方法的优点包括：涂料组合物由可再生农业资源——糖和植物油制成；可生物降解；毒性低，适于食品接触；可调整以降低纸/纸板表面的摩擦系数(即，不使纸太滑以致无法进行下游加工或最终使用)，即使在高耐水性的情况下也是如此；可或不可与特殊的乳化设备或乳化剂一起使用；并且与传统的纸回收项目兼容：即不像聚乙烯、聚乳酸或蜡涂覆的纸那样对回收操作产生不利影响。

如本文所用，“生物基”意指有意地由源自活的(或曾经活的)生物体的物质制成的材料。在一个相关方面，认为包含至少约50％的此类物质的材料是生物基的。

如本文所用，“结合”(包括其语法变体)意指联合为基本上单个物质或使联合为基本上单个物质。

如本文所用，“纤维素质(的)(cellulosic)”意指天然、合成或半合成材料，所述材料可模塑成或挤出成物体(例如袋、片材)或薄膜或长丝，所述材料可用于制备所述物体或薄膜或长丝，其在结构和功能上类似于纤维素，例如涂料和粘合剂(例如羧甲基纤维素)。在另一个实例中，纤维素——由葡萄糖单元组成的复杂碳水化合物(C₆H₁₀O₅)_n并在大多数植物中形成细胞壁的主要成分——为纤维素质的。

如本文所用，“涂料重量”为涂覆到基材上的材料(湿或干)的重量。其以磅/指定令或克/平方米表示。

如本文所用，“可堆肥”意指这些固体产品可生物降解到土壤中。

如本文所用，“边缘芯吸”意指纸结构中在所述结构的外部界限处通过一种或多种机制的水吸收，所述机制包括但不限于，在纤维之间孔中的毛细渗透、通过纤维和结合处的扩散，以及纤维上的表面扩散。在一个相关方面，如本文所述的含糖脂肪酸酯的涂料防止经处理的产品的边缘芯吸。在一个方面，类似的问题在于可在纸或纸制品中存在的油脂/油进入褶皱。这种“油脂褶皱效果”可定义为通过折叠、按压或压制所述纸结构而在纸结构中产生的油脂吸附。

如本文所用，“效果”(包括其语法变体)意指将特定性能赋予特定材料。

如本文所用，“半纤维素”(包括其语法变体)意指与纤维素一起存在于几乎所有陆生植物细胞壁中的杂聚物(即，基质多糖)，例如阿糖基木聚糖(arabinoxylan)。尽管纤维素是结晶、坚固并且耐水解的，但是半纤维素具有随机的无定形结构。在实施方案中，如本文所公开的涂料的半纤维素含量以干重百分比计可为1-99％、优选30-90％且最优选60-90％，并且交联剂或疏水剂的含量以干重百分比计可为0-30％、优选0-20％、更优选0-15％、尤其是0-10％且最优选0-5％。

如本文所用，“疏水物”意指不吸水的物质。例如，蜡、松香、树脂、糖脂肪酸酯、双烯酮、虫胶、乙酸乙烯酯、PLA、PEI、油、脂肪、脂质、其他防水化学品或其组合为疏水物。

如本文所用，“疏水性”是指斥水的、倾向于斥水而不吸水的性质。

如本文所用，“耐脂质”或“疏油性”是指排斥脂质、倾向于排斥而不吸收脂质、油脂、脂肪等的性质。在一个相关方面，可通过“3M KIT”测试或TAPPI T559试剂盒测试来测量耐油脂性。

如本文所用，“含纤维素的材料”或“基于纤维素的材料”意指基本上由纤维素组成的组合物。例如，这样的材料可包括但不限于纸、纸片、纸板、纸浆、食品储存纸箱、羊皮纸、蛋糕板、屠夫纸、离型纸/衬垫、食品储存袋、购物袋、运输袋、培根板、隔绝材料、茶包、咖啡或茶容器、堆肥袋、餐具、盛装冷热饮料的容器、杯、盖、盘、充碳酸液体储存瓶、礼品卡片、非充碳酸液体储存瓶、食品包装薄膜、垃圾处理容器、食品处理工具、织物纤维(例如棉或棉混纺)、水储存和输送工具、酒精或非酒精饮料、电子产品的外壳或屏幕、家具内部或外部零件、窗帘和室内装潢品。

如本文所用，“离型纸”是指用于防止粘性表面过早粘附到粘合剂或胶泥(mastic)上的纸片。在一个方面，本文公开的涂料可用于替代或减少硅或其他涂料的使用，以制备具有低表面能的材料。通过测量接触角(例如，光学张力计和/或高压室；达因测试(DyneTesting)，Staffordshire，United Kingdom)或通过使用表面能测试笔或墨水(参见例如达因测试，Staffordshire，United Kingdom)，可容易地进行表面能测定。

如本文所用，关于SFAE的“可释放”是指SFAE涂料在涂覆后，可从基于纤维素的材料上去除(例如，通过控制物理性质可去除)。如本文所用，关于SFAE的“不可释放”是指SFAE涂料在涂覆后，基本上不可逆地结合到基于纤维素的材料上(例如，通过化学方法可去除)。

如本文所用，“溶液中的纤维”或“浆料”意指通过从木材、纤维作物或废纸中化学或机械分离纤维素纤维而制备的木质纤维素纤维材料。在一个相关方面，在通过本文公开的方法处理纤维素纤维的情况下，纤维素纤维本身包含结合的糖脂肪酸酯作为独立的实体，并且其中结合的纤维素纤维与游离纤维相比具有单独且不同的性质(例如，浆料-糖脂肪酸酯或纤维素纤维-糖脂肪酸酯、或纳米纤维素-糖脂肪酸酯或微纤化纤维素-糖脂肪酸酯结合的材料不像未结合的纤维那样容易地在纤维之间形成氢键)。

如本文所用，“可折叠纸”意指纤维素片材，其中它们已进行处理从而具有塑性(例如，可变形而不失去完整性)。这种纸可包含微压花(即，形状明显突出的小褶皱)或可固有地可模塑(例如，

可从

SWEDEN获得)。

如本文所用，“可再浆化”意指制造适于压制成柔软、无形状的物质以在纸或纸板的生产中再利用的纸或纸板产品。

如本文所用，“可调”(包括其语法变体)意指调节或调整工艺以实现特定结果。

如本文所用，“水接触角”意指通过液体测量的角度，其中液体/蒸汽界面与固体表面相接触。其量化了液体对固体表面的润湿性。接触角反映了液体和固体分子彼此相互作用的强度，相对于液体和固体分子各自与本种类分子之间相互作用的强度。在许多高度亲水的表面上，水滴的接触角为0°至30°。通常，如果水接触角大于90°，则认为固体表面是疏水的。使用光学张力计可容易地获得水接触角(参见例如达因测试，Staffordshire，UnitedKingdom)。

如本文所用，“水蒸汽渗透性”意指透气性或纺织品传递水分的能力。至少有两种不同的测量方法。一种测量方法为根据ISO 15496的MVTR测试(湿气透过率)，其描述了织物的水蒸汽渗透性(WVP)，从而描述了蒸发传输到外部空气的程度。该测量确定有多少克水分(水蒸气)在24小时内通过一平方米织物(水平越高，透气性越高)。

在一方面，TAPPI T 530 Hercules施胶测试(size test)(即，通过耐墨性对纸张进行施胶测试)可用于确定耐水性。Hercules方法的耐墨性最好归类为渗透程度的直接测量测试。其他人将其归类为渗透速率测试。对于“测量施胶”，没有一种最好的测试方法。测试选择取决于最终用途和工厂控制需求(mill control need)。该方法特别适合用作工厂控制施胶测试，以准确检测施胶水平的变化。它提供了墨水浮动测试的灵敏度，同时提供了可重复的结果、更短的测试时间和自动终点确定。

施胶——如通过对水性液体渗透通过纸或吸收到纸中的耐性所测量的——是许多纸的重要特征。其中典型的为袋、箱板纸、屠夫包装纸、书写纸和一些印刷品。

该方法可用于监测特定最终用途的纸或纸板生产，条件是在测试值和纸的最终用途性能之间建立可接受的相关性。由于测试和渗透剂的性质，其不一定具有足够的相关性以适用于所有最终用途要求。该方法通过渗透速率测量施胶。其他方法通过表面接触、表面渗透或吸收来测量施胶。根据模拟最终用途中的水接触或吸收方式的能力选择施胶测试。该方法还可用于优化施胶化学品使用成本。

如本文所用，“透氧性”意指聚合物允许气体或流体通过的程度。材料的透氧性(Dk)是扩散率(D)(即氧气分子穿过材料的速度)和溶解度(k)(或材料单位体积吸收的氧气分子量)的函数。透氧性(Dk)的值通常落在10-150 x 10^-11(cm²ml O₂)/(s ml mmHg)的范围。已证明水凝胶含水量与透氧性(单位：单位Barrer)之间存在半对数关系。国际标准化组织(ISO)使用SI压力单位百帕(hPa)来描述渗透性。因此，Dk＝10^-11(cm²ml O₂)/(s ml hPa)。单位Barrer可通过将其乘以常数0.75转换为单位hPa。

如本文所用，“可生物降解的”(包括其语法变体)意指能够通过生物的作用(例如，通过微生物)被分解为尤其是无害的产物。

如本文所用，“可回收的”(包括其语法变体)意指可处理或可加工(与使用过的和/或废弃的物品一起)以使材料适于再利用的所述材料。

如本文所用，“Gurley秒”或“Gurley数”是描述100立方厘米(分升)的空气在4.88英寸水柱(0.176psi)的压差下通过1.0平方英寸的给定材料所需的秒数的单位(ISO 5636-5:2003)(孔隙率)的单位。此外，对于刚度，“Gurley数”是对一块垂直保持的材料测量使所述材料偏转给定量所需的力(1毫克的力)的单位。这些值可在Gurley PrecisionInstruments的设备(Troy，New York)上测量。

HLB——表面活性剂的亲水-亲油平衡是其亲水或亲油程度的量度，通过计算分子不同区域的值确定。

记载于1954年的研究中用于非离子表面活性剂的Griffin方法如下：

HLB＝20*M_h/M

其中M_h为分子亲水部分的分子量，M是整个分子的分子量，得到0至20的结果。HLB值为0对应于完全亲油/疏水的分子，值为20对应于完全亲水/疏油的分子。

HLB值可用于预测分子的表面活性剂性质：

<10：脂溶性(水不溶性)

>10：水溶性(脂不溶性)

1.5至3：消泡剂

3至6：W/O(油包水)乳化剂

7至9：润湿铺展剂

13至15：清洁剂

12至16：O/W(水包油)乳化剂

15至18：增溶剂或助水溶物

在一些实施方案中，如本文所公开的糖脂肪酸酯(或包含所述酯的组合物)的HLB值可在较低范围内。在其他实施方案中，如本文所公开的糖脂肪酸酯(或包含所述酯的组合物)的HLB值可在中等至较高范围内。

如本文所用，

表示由大豆油制成的蔗糖脂肪酸酯(大豆油脂肪酸酯(soyate))，其可从Procter&Gamble Chemicals(Cincinnati,OH)以商品名SEFOSE 1618U商购获得(参见下文的蔗糖多大豆油脂肪酸酯)，其中含有一种或多种不饱和脂肪酸。如本文所用，

表示可从Procter&Gamble Chemicals获得的具有式C_n+12H_2n+22O₁₃的蔗糖脂肪酸酯，其中所有脂肪酸都是饱和的。

如本文所用，“大豆油脂肪酸酯”意指来自大豆油的脂肪酸盐的混合物。

如本文所用，“油籽脂肪酸”意指来自植物的脂肪酸，包括但不限于大豆、花生、油菜籽、大麦、芥花籽(canola)、芝麻、棉籽、棕榈仁、葡萄籽、橄榄、红花、向日葵、干椰子仁、玉米、椰子、亚麻籽、榛子、小麦、大米、马铃薯、木薯、苜蓿类植物、山茶籽(camelina seed)、芥菜籽及其组合。

如本文所用，“湿强度”意指将纸保持在一起的纤维网在纸润湿时抵抗断裂力的能力的量度。湿强度可使用来自Thwing-Albert Instrument Company(West Berlin,NJ)的Finch湿强度装置测量。其中湿强度通常受湿强度添加剂(如碱性熟化阳离子树脂(kymene)、阳离子乙醛酸化树脂、聚酰胺基胺-表氯醇树脂、聚胺-表氯醇树脂(包括环氧树脂))的影响。在实施方案中，如本文所公开的SFAE涂覆的基于纤维素的材料在不存在此类添加剂的情况下影响此类湿强度。

如本文所用，“湿”意指使用水或另一种液体覆盖或湿透。

在实施方案中，如本文所公开的方法包括将糖脂肪酸酯结合到纤维素质表面，或使纤维素质表面与含有所述糖脂肪酸酯的乳液接触，所述糖脂肪酸酯作为可与纤维素质表面结合的涂料试剂的载体，其中所述方法包括使基于纤维素的材料与糖脂肪酸酯、乳液或两者接触，并将经接触的基于纤维素的材料暴露于热、辐射、催化剂或其组合保持足够的时间以将糖脂肪酸酯或涂料试剂与基于纤维素的材料结合。在一个相关方面，这种辐射可包括但不限于UV、IR、可见光或其组合。在另一个相关方面，反应可在室温(即25℃)至约150℃、约50℃至约100℃或约60℃至约80℃下进行。

此外，SFAE和纤维素材料之间的结合反应可用基本上纯的糖脂肪酸酯进行，或所述糖脂肪酸酯可为乳液的一部分。在一方面，糖脂肪酸酯乳液可包含单、二、三、四、五、六、七或八酯的混合物。在另一个方面，乳液可含有蛋白质、多糖和脂质，包括但不限于乳蛋白(例如酪蛋白、乳清蛋白等)、小麦面筋、明胶、醇溶蛋白(例如玉米醇溶蛋白)、大豆分离蛋白、淀粉、改性淀粉、乙酰化多糖、藻酸盐、角叉菜胶、壳聚糖、菊粉、长链脂肪酸、蜡及其组合。

在实施方案中，糖脂肪酸酯或乳液可与所述酯的环氧衍生物混合(参见例如美国专利号9,096,773，通过引用整体并入本文)，其中此类环氧衍生物可起到例如粘合剂的作用。

在实施方案中，纤维素材料可通过添加聚乙烯醇(PvOH)和/或醇溶谷蛋白而制成疏油性的。一方面，醇溶谷蛋白包括玉米醇溶蛋白、麦醇溶蛋白、大麦醇溶蛋白、黑麦醇溶蛋白(secalin)、katirin和燕麦蛋白(avenin)。在一个相关方面，醇溶蛋白为玉米醇溶蛋白。

在实施方案中，不需要催化剂和有机载体(例如，挥发性有机化合物)进行结合反应，包括在使用所公开的方法时不考虑材料的累积。在一个相关方面，反应时间基本上是瞬时的(即，小于1秒)。此外，所得材料具有低粘连性。

如本文所公开，所有糖(包括单糖、二糖和三糖)的脂肪酸酯适用于与本发明的该方面结合使用。在一个相关方面，糖脂肪酸酯可为单、二、三、四、五、六、七或八酯及其组合，包括脂肪酸部分可为饱和的、不饱和的或其组合。

不受理论的束缚，糖脂肪酸酯和基于纤维素的材料之间的相互作用可通过离子、疏水、范德华相互作用或共价键合或其组合进行。在一个相关方面，与基于纤维素的材料结合的糖脂肪酸酯基本上是不可逆的(例如，使用包含饱和及不饱和脂肪酸的组合的SFAE)。

此外，在足够的浓度下，仅糖脂肪酸酯的结合足以使基于纤维素的材料疏水：即，在不添加蜡、松香、树脂、双烯酮、虫胶、乙酸乙烯酯、PLA、PEI、油、其他防水化学品或其组合(即，次级疏水物)的情况下实现了疏水性，包括其他性能，例如特别是基于纤维素的材料的增强、硬化和增体积仅通过糖脂肪酸酯结合而实现。

如所公开的本发明的一个优点是多个脂肪酸链可与纤维素反应，并且可与结构中的两个糖分子反应，例如，所公开的蔗糖脂肪酸酯产生刚性交联网络，使得纤维网的强度提高，例如纸、纸板、气流成网无纺布和湿法无纺布以及纺织品。这在其他施胶或疏水处理化学品中通常不存在。如本文所公开的糖脂肪酸酯还产生/增加湿强度，当使用许多其他耐水化学品时不具备这种性质。

另一个优点是所公开的糖脂肪酸酯使纤维软化，增加了纤维之间的空间，从而增加体积而不显著增加重量。此外，如本文所公开的改性的纤维和基于纤维素的材料可再浆化。此外，例如，水不能容易地“推”过低表面能屏障进入片材。

饱和SFAE在标称加工温度下通常为固体，而不饱和SFAE通常为液体。这允许饱和SFAE在水性涂料中形成均匀、稳定的分散体，而不与通常是亲水的其他涂料组分发生显著的相互作用或不相容。此外，这种分散体允许制备高浓度的饱和SFAE，而不对涂料的流变性、均匀涂覆施用或涂料性能特性产生不利影响。当饱和SFAE颗粒在涂层加热、干燥和固结时熔融并扩散时，涂层表面将变得疏水。在实施方案中，公开了一种制备即使在暴露于水时也保持强度的大体积纤维结构的方法。通常，干燥的纤维浆料形成在暴露于水时容易分解的致密结构。使用所公开的方法制备的成型纤维产品可包括重量轻、强度高且耐水和其他液体的纸盘、饮料容器(例如杯)、盖、食物托盘和包装。

在实施方案中，将糖脂肪酸酯与聚乙烯醇(PvOH)混合以制备用于防水涂料的施胶剂。如本文所公开，已证明糖脂肪酸酯和PvOH之间的协同关系。尽管本领域已知PvOH本身是一种良好的成膜剂，并且与纤维素形成强氢键，但其对水、尤其是热水的耐受性不好。在一些方面，PvOH的使用有助于将糖脂肪酸酯乳化到水性涂料中。在一个方面，PvOH为糖脂肪酸酯沿纤维交联提供了丰富的OH基团来源，这提高了纸的强度，例如特别是湿强度，并且超出了单独使用PvOH可达到的耐水性。对于糖上具有游离羟基的饱和糖脂肪酸酯，还可使用交联剂，例如二醛(例如乙二醛、戊二醛等)。

在实施方案中，糖脂肪酸酯包含脂肪酸的蔗糖酯或基本上由其组成。许多方法是已知且可用于制备或提供本发明的糖脂肪酸酯，并且认为所有这些方法可用于本发明的宽范围内。例如在某些实施方案中，可优选通过用一种或多种获自油料种子的脂肪酸部分使糖酯化而合成脂肪酸酯，所述油料种子包括但不限于大豆油、向日葵油、橄榄油、芥花籽油、花生油及其混合物。

在实施方案中，糖脂肪酸酯包含糖部分，包括但不限于蔗糖部分，其已在其一个或多个羟基氢处被酯基团取代。在一个相关方面，二糖酯具有式I的结构。

其中，“A”是氢或以下结构I：

结构I，

其中“R”为约8至约40个碳原子的直链、支链或环状、饱和或不饱和、脂族或芳香族部分，并且其中至少一个“A”为式的至少一个、至少两个、至少三个、至少四个、至少五个、至少六个、至少七个和所有八个“A”部分符合结构I。在一个相关方面，如本文所述的糖脂肪酸酯可为单、二、三、四、五、六、七或八酯及其组合，其中脂族基团可全部为饱和的，或可含有饱和和/或不饱和基团或其组合。

合适的“R”基团包括任何形式的脂族部分，包括含有一个或多个取代基的那些，这些取代基可位于所述部分的任何碳上。还包括其内包括官能团的脂族部分，例如醚、酯、硫基、氨基、二氧磷基等。还包括低聚物和聚合物脂族部分，例如脱水山梨糖醇、聚脱水山梨糖醇和多元醇部分。可连接到包含“R”基团的脂族(或芳族)部分的官能团的实例包括但不限于卤素、烷氧基、羟基、氨基、醚和酯官能团。在一个方面，所述部分可具有交联官能团。在另一个方面，SFAE可交联到表面(例如，活性粘土/颜料颗粒)。在另一个方面，SFAE上存在的双键可用于促进在其他表面上的反应。

合适的二糖包括棉子糖、麦芽葡萄糖、半乳糖、蔗糖、葡萄糖的组合、果糖的组合、麦芽糖、乳糖、甘露糖的组合、赤藓糖的组合、异麦芽糖、异麦芽酮糖、海藻糖(trehalose)、海藻酮糖(trehalulose)、纤维二糖、昆布二糖、壳二糖及其组合。

在实施方案中，用于添加脂肪酸的基材可包括淀粉、半纤维素、木质素或其组合。

在实施方案中，组合物包含淀粉脂肪酸酯，其中淀粉可衍生自任何合适的来源，例如马齿玉米淀粉(dent corn starch)、蜡质玉米淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、大米淀粉、西米淀粉、木薯淀粉、高粱淀粉、甘薯淀粉及其混合物。

更详细地，淀粉可为未改性淀粉，或已经通过化学、物理或酶改性而改性的淀粉。

化学改性包括用产生改性淀粉(例如，塑性淀粉材料)的化学品对淀粉的任何处理。化学改性包括但不限于淀粉的解聚、淀粉的氧化、淀粉的还原、淀粉的醚化、淀粉的酯化、淀粉的硝化、淀粉的脱脂、淀粉的疏水化等。化学改性淀粉也可通过使用任何化学处理的组合来制备。化学改性淀粉的实例包括链烯基琥珀酸酐、特别是辛烯基琥珀酸酐与淀粉反应生成疏水性酯化淀粉；2,3-环氧丙基三甲基氯化铵与淀粉反应生成阳离子淀粉；环氧乙烷与淀粉反应生成羟乙基淀粉；次氯酸盐与淀粉反应生成氧化淀粉；酸与淀粉反应生成酸解聚淀粉；用溶剂(例如甲醇、乙醇、丙醇、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳等)对淀粉进行脱脂得到脱脂淀粉。

物理改性淀粉为以任何方式物理处理以提供物理改性淀粉的任何淀粉。物理改性包括但不限于在水的存在下对淀粉进行热处理、在不存在水的情况下对淀粉进行热处理、通过任何机械方式破碎淀粉颗粒、对淀粉进行压力处理以熔融淀粉颗粒等。物理改性淀粉也可通过使用任何物理处理的组合来制备。物理改性淀粉的实例包括在水性环境中对淀粉进行热处理以使淀粉颗粒溶胀而不发生颗粒破裂；对无水淀粉颗粒进行热处理以引起聚合物重排；通过机械分解使淀粉颗粒破碎；通过挤出机对淀粉颗粒进行加压处理使淀粉颗粒熔融。

酶改性淀粉为以任何方式进行酶处理以提供酶改性淀粉的任何淀粉。酶促修饰包括但不限于：α淀粉酶与淀粉的反应、蛋白酶与淀粉的反应、脂肪酶与淀粉的反应、磷酸化酶与淀粉的反应、氧化酶与淀粉的反应等。酶改性淀粉可通过使用任何酶处理的组合来制备。淀粉的酶改性的实例包括α-淀粉酶与淀粉反应产生解聚淀粉；α-淀粉酶脱支酶与淀粉反应产生脱支淀粉；蛋白酶与淀粉反应产生蛋白质含量降低的淀粉；脂肪酶与淀粉反应产生脂质含量降低的淀粉；磷酸化酶与淀粉反应产生酶改性磷酸化淀粉；以及氧化酶与淀粉反应产生酶氧化淀粉。

二糖脂肪酸酯可为式I的蔗糖脂肪酸酯，其中“R”基团为脂族的并且为直链或支链的、饱和或不饱和的、并且具有约8至约40个碳原子。

如本文所用，术语“糖脂肪酸酯”和“蔗糖脂肪酸酯”包括具有不同纯度的组合物以及任何纯度水平的化合物的混合物。例如，糖脂肪酸酯化合物可为基本上纯的材料，即，其可包含给定数量的“A”基团仅被一种结构I部分取代的化合物(即，所有“R”基团是相同的并且所有蔗糖部分均被相同程度地取代)。其还包括包含两种或更多种糖脂肪酸酯化合物的混合物的组合物，所述化合物的取代度不同，但其中所有的取代基具有相同的“R”基团结构。其还包括作为具有不同程度的“A”基团取代的化合物的混合物的组合物，并且其中“R”基团取代基部分独立地选自结构I的两种或更多种“R”基团。在一个相关方面，“R”基团可相同或不同，包括组合物中的所述糖脂肪酸酯可相同或不同(即，不同糖脂肪酸酯的混合物)。

对于本发明的组合物，所述组合物可包含具有高取代度的糖脂肪酸酯化合物。在实施方案中，糖脂肪酸酯是蔗糖多大豆油脂肪酸酯(sucrose polysoyate)。

一种蔗糖多大豆油脂肪酸酯(

1618U)

糖脂肪酸酯可通过已知的酯化方法与基本上纯的脂肪酸进行酯化而制备。其还可通过使用糖和脂肪酸甘油酯形式的脂肪酸酯(来自例如天然来源，例如可见于油料种子提取的油(例如大豆油)的那些)进行酯交换来制备。使用脂肪酸甘油酯提供蔗糖脂肪酸酯的酯交换反应记载于例如美国专利号3,963,699、4,517,360、4,518,772、4,611,055、5,767,257、6,504,003、6,121,440和6,995,232，以及WO1992004361 A1中，其通过引用整体并入本文。

除了通过酯交换制备疏水性蔗糖酯之外，通过使酰氯与含有与蔗糖类似的环结构的多元醇直接反应，可实现纤维状纤维素质制品的类似的疏水性。

如上所述，蔗糖脂肪酸酯可通过蔗糖由甲基酯原料的酯交换制备，所述甲基酯原料已经由源自天然来源的甘油酯制备(参见例如6,995,232，通过引用整体并入本文)。由于脂肪酸来源，用于制备蔗糖脂肪酸酯的原料含有一系列脂肪酸部分含有12至40个碳原子的饱和及不饱和的脂肪酸甲酯。这将反映在由该来源制成的产品蔗糖脂肪酸酯中，因为构成所述产品的蔗糖部分将包含酯部分取代基的混合物，其中关于以上结构I，“R”基团为具有12至26个碳原子的混合物，混合物中的比率反映出用于制备蔗糖酯的原料。进一步说明这一点，衍生自大豆油的蔗糖酯为各物质的混合物，所述各物质具有“R”基团结构，其反映出大豆油包含26重量％的油酸甘油三酯(H₃C-CH₂]₇-CH＝CH-[CH₂]₇-C(O)OH)、49重量％的亚油酸甘油三酯(H₃C-[CH₂]₃-[-CH₂-CH＝CH]₂-[-CH₂-]₇-C(O)OH)、11重量％的亚麻酸甘油三酯(H₃C-[-CH₂-CH＝CH-]₃-[-CH₂-]₇-C(O)OH)，以及14重量％的各种饱和脂肪酸的甘油三酯，如在Merck Index，第七版中所记载的，其通过引用并入本文。所有这些脂肪酸部分都表示在产物蔗糖脂肪酸酯的取代基的“R”基团中。因此，当将本文中的蔗糖脂肪酸酯称为使用来自天然来源的脂肪酸原料的反应产物(例如蔗糖大豆油脂肪酸酯)时，该术语旨在包括通常发现的由于制备蔗糖脂肪酸酯的来源而产生的所有各种成分。在一个相关方面，所公开的糖脂肪酸酯可具有低粘度(例如，在室温或标准大气压下为约10至2000厘泊)。在另一个方面，不饱和脂肪酸可具有一个、两个、三个或更多个双键。

在本发明的实施方案中，糖脂肪酸酯以及在一些方面二糖酯平均由具有大于约6个碳原子、约8至16个碳原子、约8至约18个碳原子、约14至约18个碳原子、约16至约18个碳原子、约16至约20个碳原子和约20至约40个碳原子的脂肪酸形成。

在实施方案中，糖脂肪酸酯可以以不同浓度存在以实现疏水性，这取决于基于纤维素的材料的形式。在一个方面，当糖脂肪酸酯(SFAE)作为涂层结合在基于纤维素的材料上时，SFAE在基于纤维素的材料表面上以以下涂层重量存在：至少约0.1g/m²至约1.0g/m²、约1.0g/m²至约2.0g/m²、约2g/m²至约3g/m²。在一个相关方面，其可以以约3g/m²至约4g/m²、约4g/m²至约5g/m²、约5g/m²至约10g/m²、约10g/m²至约20g/m²存在。在另一个方面，当基于纤维素的材料为含有纤维素纤维的溶液时，SFAE以存在的总纤维的至少约0.025％(重量/重量)的浓度存在。在一个相关方面，其可以以存在的总纤维的约0.05％(重量/重量)至约0.1％(重量/重量)、约0.1％(重量/重量)至约0.5％(重量/重量)、约0.5％(重量/重量)至约1.0％(重量/重量)、约1.0％(重量/重量)至约2.0％(重量/重量)、约2.0％(重量/重量)至约3.0％(重量/重量)、约3.0％(重量/重量)至约4.0％(重量/重量)、约4.0％(重量/重量)至约5.0％(重量/重量)、约5.0％(重量/重量)至约10％(重量/重量)、约10％(重量/重量)至约50％(重量/重量)存在。在另一个相关方面，SFAE的量可等于存在的纤维量。在一些实施方案中，SFAE可涂覆基于纤维素的材料的整个外表面(例如，涂覆整张纸或整个含纤维素制品)。

在其他实施方案中，涂料可包含约0.9％至约1.0％、约1.0％至约5.0％、约5.0至约10％、约10％至约20％、约20％至约30％、约40％至约50％的糖脂肪酸酯，基于涂料的重量(重量/重量)计。在一个相关方面，涂层可包含约25％至约35％的糖脂肪酸酯，基于涂层重量(重量/重量)计。

在实施方案中，基于纤维素的材料包括但不限于纸、纸板、纸片、纸浆、杯、盒、托盘、盖、离型纸/衬垫、堆肥袋、购物袋、运输袋、培根板、茶包、隔绝材料、咖啡或茶容器、管道和水管、食品级一次性餐具、盘和瓶、电视和移动设备的屏幕、衣物(例如棉或棉混纺)、绷带、压敏标签、压敏胶带、女性产品和用于身体上或体内的医疗器械，如避孕用品、药物递送装置、药物材料(如药丸、片剂、栓剂、凝胶等)容器等。此外，所公开的涂层技术可用于家具和室内装潢、户外露营设备等。

在一个方面，本文描述的涂料耐受约3至约9的pH。在一个相关方面，pH可为约3至约4、约4至约5、约5至7、约7至约9。

在实施方案中，将链烷酸衍生物与糖脂肪酸酯混合以形成乳液，其中乳液用于处理基于纤维素的材料。

在实施方案中，通过本文公开的方法产生的含纤维素的材料相对于未经处理的含纤维素的材料具有更好的疏水性或耐水性。在一个相关方面，经处理的含纤维素的材料相对于未经处理的含纤维素的材料具有更好的疏油性或耐油脂性。在另一个相关方面，经处理的含纤维素的材料可为可生物降解的、可堆肥的和/或可回收的。在一个方面，经处理的含纤维素的材料是疏水的(耐水的)和疏油的(耐油脂的)。

在实施方案中，经处理的含纤维素的材料与未经处理的相同材料相比可具有改进的机械性能。例如，通过本文公开的方法处理的纸袋显示出增加的破裂强度、Gurley数、拉伸强度和/或最大负载能量。在一个方面，破裂强度增加了约0.5至1.0倍、约1.0至1.1倍、约1.1至1.3倍、约1.3至1.5倍。在另一个方面，Gurley数增加了约3至4倍、约4至5倍、约5至6倍和约6至7倍。在又一个方面，拉伸应变增加约0.5至1.0倍、约1.0至1.1倍、约1.1至1.2倍和约1.2至1.3倍。并且在另一个方面，最大负载能量增加了约1.0至1.1倍、约1.1至1.2倍、约1.2至1.3倍和约1.3至1.4倍。

在实施方案中，含纤维素的材料是包含微纤化纤维素(MFC)或纤维素纳米纤维(CNF)的原纸，如例如在美国公开号2015/0167243(通过引用整体并入本文)中描述的，其中MFC或CNF在成型过程和造纸过程中添加和/或作为涂层或第二层添加到先前成型的层上，以降低所述原纸的孔隙率。在一个相关方面，原纸与如上所述的糖脂肪酸酯接触。在另一个相关方面，经接触的原纸进一步与聚乙烯醇(PvOH)接触。在实施方案中，所得经接触原纸可调节地耐水和耐脂质。在一个相关方面，所得原纸可具有至少约10-15或至少约100、至少约200至约350的Gurley值(即，Gurley气阻(秒/100毫升，20盎司气缸))。在一个方面，糖脂肪酸酯涂层可为用于一层或多层的层压材料，或可提供一层或多层作为层压材料，或可减少一层或多层的涂覆量以实现相同性能效果(例如，耐水性、耐油脂性等)。在一个相关方面，层压材料可包括可生物降解的和/或可堆肥的热封剂或粘合剂。

在实施方案中，糖脂肪酸酯可配制成乳液，其中乳化剂的选择和用量取决于组合物的性质和试剂促进糖脂肪酸酯分散的能力。在一个方面，乳化剂可包括但不限于水、缓冲剂、聚乙烯醇(PvOH)、羧甲基纤维素(CMC)、乳蛋白、小麦谷蛋白、明胶、醇溶谷蛋白、大豆分离蛋白、淀粉、乙酰化多糖、藻酸盐、角叉菜胶、壳聚糖、菊粉、长链脂肪酸、蜡、琼脂、藻酸盐、甘油、树胶、卵磷脂、泊洛沙姆(poloxamer)、单甘油、双甘油、磷酸一钠、单硬脂酸酯、丙二醇、去污剂、鲸蜡醇及其组合。在另一个方面，糖酯：乳化剂的比值可起始于约0.1:99.9、起始于约1:99、起始于约10:90、起始于约20:80、起始于约35:65、起始于约40:60和起始于约50:50。对本领域技术人员显而易见的是，比值可根据最终产品所需的性能而变化。

在实施方案中，糖脂肪酸酯可与一种或多种用于内部和表面施胶的涂料组分(单独或组合)结合，包括但不限于颜料(例如粘土、碳酸钙、二氧化钛、塑料颜料)、粘合剂(例如淀粉、大豆蛋白、聚合物乳液、PvOH)和添加剂(例如乙二醛、乙二醛树脂、锆盐、硬脂酸钙、油酸卵磷脂、聚乙烯乳液、羧甲基纤维素、丙烯酸聚合物、藻酸盐、聚丙烯酸酯胶、聚丙烯酸酯、杀微生物剂、油基消泡剂、硅氧烷基消泡剂、茋(stilbene)、直接染料和酸性染料)。在一个相关方面，所述组分可提供一种或多种性质，包括但不限于，构建精细多孔结构、提供光散射表面、改善油墨接受性、改善光泽、粘合颜料颗粒、将涂料与纸粘合、原纸片增强、填充颜料结构中的孔隙、降低水敏性、防止胶印中的湿粘、防止刮刀刮伤、改善高度压光中的光泽度、减少起尘、调节涂料粘度、提供保水性、分散颜料、保持涂料分散、防止涂料/涂料颜色变质、控制发泡、减少夹带空气和涂层凹坑、增加白度和亮度、控制颜色和色调。对本领域技术人员显而易见的是，组合可根据最终产品所需的特性而变化。

在实施方案中，采用所述糖脂肪酸酯的方法可用于通过提供一层具有必要特性(例如，耐水性、低表面能等)的材料从而减少实现相同特性所需的初级/次级层的量，从而降低施用初级/次级涂层(例如，基于硅氧烷的层、基于淀粉的层、基于粘土的层、基于PLA的层、基于PEI的层等)的成本。在一个方面，材料可涂覆在SFAE层的顶部(例如，热封剂)。在实施方案中，该组合物不含碳氟化合物和硅氧烷。

在实施方案中，组合物增加了经处理的产品的机械稳定性和热稳定性。在一个方面，表面处理在约-100℃至约300℃的温度下是热稳定的。在另一个相关的方面，基于纤维素的材料的表面表现出约60°至约120°的水接触角。在另一个相关方面，表面处理在约200℃至约300℃的温度下是化学稳定的。

可在施用之前干燥(例如，在约80-150℃下)的基材例如可通过浸渍并使得表面暴露于组合物少于1秒，以用改性组合物处理。可加热基材以干燥表面，之后改性材料即可使用。在一个方面，根据本文公开的方法，基材可通过通常在造纸厂中进行的任何合适的涂覆/施胶工艺处理(参见例如Smook,G.,Surface Treatments in Handbook for Pulp&Paper Technologists,(2016),第四版,第18章,第293-309页,TAPPI出版社,PeachtreeCorners,GA USA，其通过引用整体并入本文)。

在实施本发明时，不需要对材料进行特殊制备，尽管对于某些应用，材料可在处理之前干燥。在实施方案中，所公开的方法可用于任何基于纤维素的表面，包括但不限于薄膜、刚性容器、纤维、浆料、织物等。在一个方面，糖脂肪酸酯或涂覆剂可通过常规施胶压机(竖直、倾斜、水平)、门辊施胶压机、计量施胶压机、压延施胶机、管施胶、机上施胶、机外施胶、单面涂布机、双面涂布机、短停留、同时两面涂布机、刮刀或棒涂布机、凹版涂布机、凹版印刷、柔版印刷、喷墨印刷、激光印刷、高度压光及其组合进行施用。

取决于来源，纤维素可为纸、纸板、浆料、软木纤维、硬木纤维或其组合、纳米纤维素、纤维素纳米纤维、晶须或微原纤、微原纤化的棉或棉混纺、纤维素纳米晶体或纳米原纤化纤维素。

在实施方案中，所涂覆的糖脂肪酸酯涂料的量足以完全覆盖含纤维素的材料的至少一个表面。例如，在实施方案中，糖脂肪酸酯涂料可涂覆到容器的整个外表面、容器的整个内表面、或其组合、或原纸的一侧或两侧。在其他实施方案中，膜的整个上表面可被糖脂肪酸酯涂层覆盖，或膜的整个下表面可被糖脂肪酸酯涂层覆盖，或其组合。在一些实施方案中，装置/仪器的内腔可被涂层覆盖，或装置/仪器的外表面可被糖脂肪酸酯涂层覆盖，或其组合。在实施方案中，所涂覆的糖脂肪酸酯涂料的量足以部分覆盖含纤维素的材料的至少一个表面。例如，仅暴露于大气环境的表面被糖脂肪酸酯涂层覆盖，或仅未暴露于大气环境的表面被糖脂肪酸酯涂层覆盖(例如，掩蔽)。如对本领域技术人员显而易见的，所涂覆的糖脂肪酸酯涂料的量可取决于待覆盖的材料的用途。在一个方面，一个表面可涂覆糖脂肪酸酯，而相对的表面可涂覆包括但不限于蛋白质、小麦谷蛋白、明胶、醇溶谷蛋白、大豆分离蛋白、淀粉、改性淀粉、乙酰化多糖、藻酸盐、角叉菜胶、壳聚糖、菊粉、长链脂肪酸、蜡及其组合的试剂。在一个相关方面，可将SFAE添加到配料(furnish)中，并且可为幅材(web)上的所得材料提供额外的SFAE涂层。

任何合适的涂覆工艺在实施该方法的该方面的过程中均可用于递送任何所涂覆的各种糖脂肪酸酯涂料和/或乳液。在实施方案中，糖脂肪酸酯涂覆工艺包括浸渍、喷涂、涂漆、印刷和任何这些工艺的任何组合，单独地或与适于实施所公开的方法的其他涂覆工艺结合。

例如，通过增加糖脂肪酸酯的浓度，本文公开的组合物可更广泛地与被处理的纤维素反应，最终结果是再次表现出改进的耐水/耐脂质特性。然而，较高的涂层重量并不一定意味着增加的耐水性。在一个方面，各种催化剂可允许更快的“固化”以精确调节糖脂肪酸酯的量以满足特定应用。

对于本领域技术人员显而易见的是，待处理的纤维素、糖脂肪酸酯、反应温度和暴露时间的选择是可通过常规实验优化的参数，以适应最终产品的任何特殊应用。

衍生材料具有改变的物理性质，其可使用本领域已知的适当测试定义和测量。对于疏水性，分析方案可包括但不限于接触角测量和吸湿性。其他特性包括刚度、WVTR、孔隙率、拉伸强度、基材降解缺乏、破裂和撕裂特性。美国材料试验协会(American Society forTesting and Materials)限定了应遵循的特定标准化协议(协议ASTM D7334-08)。

随着材料的阻隔功能增强，表面对各种气体(例如水蒸气和氧气)的渗透性也可通过糖脂肪酸酯涂覆工艺改变。测量渗透性的标准单位是Barrer，测量这些参数的协议也可在公共领域获得(ASTM标准F2476-05用于水蒸气，ASTM标准F2622-8用于氧气)。

在实施方案中，根据本文公开的方法处理的材料显示出完全的生物降解性，如通过在微生物攻击的环境中的降解所测量的。

各种方法可用于定义和测试生物降解性，包括摇瓶法(ASTM E1279–89(2008))和Zahn-Wellens测试(OECD TG 302B)。

各种方法可用于定义和测试可堆肥性，包括但不限于ASTM D6400。

适合通过本发明的方法处理的材料包括各种形式的纤维素，例如棉纤维、植物纤维例如亚麻、木纤维、再生纤维素(人造丝和玻璃纸)、部分烷基化纤维素(纤维素醚)、部分酯化纤维素(乙酸人造丝)和其他改性纤维素材料，其大部分表面可用于反应/结合。如上文所述，术语“纤维素”包括所有这些材料以及具有相似多糖结构并具有相似特性的其他材料。其中，相对新颖的材料微纤化纤维素(纤维素纳米纤维)(参见例如美国专利US4,374,702和美国公开号2015/0167243和2009/0221812，其通过引用整体并入本文)特别适用于本申请。在其他实施方案中，纤维素可包括但不限于三乙酸纤维素、丙酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、硝酸纤维素(nitrocellulose)(纤维素硝酸酯(cellulosenitrate)、硫酸纤维素、赛璐珞、甲基纤维素、乙基纤维素、乙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、纤维素纳米晶体、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素、羧甲基纤维素及其组合。

如本文所公开的纤维素的改性，除了增加其疏水性之外，还可增加其拉伸强度、柔韧性和刚度，从而进一步拓宽其使用范围。由本申请公开的改性纤维素制成的或通过使用本申请公开的改性纤维素制成的所有可生物降解和可部分生物降解的产品都在本公开内容的范围内，包括可回收和可堆肥的产品。

在涂层技术的可能应用中，此类物品包括但不限于：用于所有用途的容器，例如纸、纸板、纸浆、杯、盖、盒、托盘、离型纸/衬垫、堆肥袋、购物袋、管道和水管、食品级一次性餐具、盘和瓶、电视和移动设备的屏幕、衣物(例如棉或棉混纺)、绷带、压敏标签、压敏胶带、女性产品和用于身体上或体内的医疗器械，如避孕用品、药物递送装置等。此外，所公开的涂层技术可用于家具和室内装潢、户外露营设备等。

以下实施例旨在说明本发明，但不限制本发明。

实施例

实施例1.糖脂肪酸酯制剂

在室温下是液体，并且包含这种材料的所有涂料/乳液在室温下使用台式刮涂装置(bench top drawdown device)涂覆。改变杆的类型和尺寸以产生一系列涂层重量。

制剂1

将50ml的

添加到含有195ml水和5g羧甲基纤维素(

10；CP Kelco,Atlanta,GA)的溶液中。该制剂使用设定为5000rpm的Silverson均化器混合1分钟。将该乳液涂布在由漂白硬木浆制成的50g原纸和由未漂白软木组成的80g纸上。将两张纸放入烘箱(105℃)中15分钟以进行干燥。从烘箱中取出后，将纸放在实验室工作台上，并通过移液管将10滴水(室温)滴到每张纸上。被选择用于该测试的原纸立即吸收一滴水，而涂覆有不同量的

的纸显示出随着涂层重量的增加而增加的耐水水平(参见表1)。

表1.含有

的原纸结果

观察到较重的纸的耐水性较低，并且除非纸干燥，否则没有实现耐水性。

制剂2

将

添加至杯原料(cup stock)：(请留意，其为未经MFC处理的单层原料。由桉树浆制成的110g纸板)。将50g

添加到200g 5％煮过的乙基化淀粉(Ethylex 2025)中，并使用台式kady磨机搅拌30秒。涂覆纸样品，并在105℃烘箱中放置15分钟。将10-15滴测试液滴置于纸板的涂层面上，测量持水时间并记录在下表中。未经处理的对照纸板立即渗水(参见表2)。

表2.经

处理的杯原料的热水渗透

制剂3

将纯

加热至45℃并置于喷涂瓶中。将均匀的喷雾施加到先前实施例中列出的纸原料，并施加到一块纤维板和一定量的棉布上。当水滴滴在样品上时，在30秒内发生向基材中的渗透，然而在105℃烘箱中干燥15分钟后，水珠在被吸收进入基材之前蒸发。

继续的研究关注

是否可与用于耐油和耐油脂涂料的化合物相容。

可用于提高耐水性和刚度。使用240g纸原料进行刚度测试。表3示出了结果。这些数据在单个涂层重量下获得：5克/平方米，报告了5个样品的平均值。结果采用我们的V-5Taber刚度测试仪150-E型记录，以刚度单位Taber计。

表3.刚度测试

实施例2.糖酯与纤维素质基材的结合

为了确定

是否可逆地结合到纤维素质材料上，将纯

与纯纤维素以50:50的比例混合。使

在300°F下反应15min，混合物用二氯甲烷(非极性溶剂)或蒸馏水萃取。将样品回流6小时，并对样品进行重量分析。

表4.从纤维素质材料中提取

实施例3.纤维素质表面的检查

含有和不含MFC的原纸的扫描电子显微镜图像说明了较少孔的原纸具有这样的潜力：其需要少得多的与表面反应的防水剂。图1-2示出了未经处理的中等孔隙度Whatman滤纸。图1和2示出了暴露于与之反应的衍生剂的相对高的表面积；然而，其还示出了具有大量空间使水逸出的高度多孔的片材。图3和4示出了用回收纸浆制成的纸在涂覆MFC之前和之后的并列比较。(其为相同样品的两个放大倍数，图像左侧没有明显的MCF)。测试表明，孔隙少得多的纸张的衍生化更有望实现长期的水/蒸汽阻隔性能。最后两张图像仅为滤纸片材中平均“孔隙”的特写图像，以及用于对比目的的CNF涂层纸的类似放大倍数。

上述数据证明一个关键点：添加更多材料导致性能相应提高。尽管不受理论约束，但未漂白纸的反应似乎更快，这表明木质素的存在可加速反应。

像

这样的产品为液体，其可容易地乳化，这表明其可容易地适用于造纸厂常用的涂布设备。

实施例4.“Phluphi”

将液体

与漂白的硬木纤维混合并使其反应，以产生多种方式制备防水手抄纸(handsheet)。将蔗糖酯在纸张形成之前与浆料混合时，发现大部分蔗糖酯保留在纤维中。通过充分加热和干燥，形成脆性、蓬松但非常疏水的手抄纸。在该实施例中，0.25g

与4.0g漂白硬木纤维在6升水中混合。手动搅拌该混合物，并在标准手抄纸模具中排出水。取出所得纤维垫，并在325°F下干燥15分钟。所制备的纸张表现出显著的疏水性以及纤维本身之间大大减少的氢键。(观察到水接触角大于100度)。可添加乳化剂。

与纤维的比例可为约1:100至2:1。

随后的测试表明，滑石粉仅为其旁观试剂(spectator)，被排除在额外的测试之外。

实施例5.环境对

涂层性能的影响

为了更好地理解蔗糖酯与纤维反应的机理，将低粘度涂料涂覆到添加有湿强度树脂但没有耐水性(没有施胶)的漂白牛皮纸片材上。使用Brookfield粘度计在100rpm下测量的涂料均小于250cps。

用Ethylex 2025(淀粉)乳化，并通过凹版辊涂覆到纸上。为了比较，

还用Westcote 9050 PvOH乳化。如图5所示，

中双键的氧化由于热量和其他增强氧化化学的化学环境的存在而提高(另见表5)。

表5.环境对

的影响(至失效的时间)

实施例6.不饱和脂肪酸链与饱和脂肪酸链的影响

使

与漂白的软木纸浆反应并干燥以形成片材。随后，用CH₂Cl₂、甲苯和水进行萃取以确定与纸浆的反应程度。使用Soxhlet萃取玻璃器皿进行萃取至少6小时。萃取结果如表6所示。

表6.

结合纸浆的萃取

数据表明，基本上所有的

都保留在片材中。为进一步验证这一点，对仅纸浆实施相同的步骤，结果表明获得每10克纸浆约0.01克。尽管不受理论的束缚，但是容易认为这是残留的纸浆化学品或更可能是未被完全去除的萃取物。

使用纯纤维素纤维(例如，α-纤维素，购自Sigma Aldrich,St.Louis,MO)，并重复实验。只要

的负载水平保持为低于纤维质量的约20％，则超过95质量％的

被保留在纤维中，并且不可用任何极性或非极性溶剂萃取。尽管不受理论的束缚，但是优化烘烤时间和温度可进一步提高保留在纤维中的蔗糖酯。

如所示，数据表明在干燥后一般不能从材料中萃取

另一方面，当使用包含全为饱和的脂肪酸链的脂肪酸代替

(例如，

可从Procter&Gamble Chemicals(Cincinnati,OH)获得)时，几乎100％的材料可使用热水(70℃或高于70℃)萃取。

与

相同，唯一的改变为连接饱和脂肪酸

而不是不饱和脂肪酸

另一个值得注意的方面是多个脂肪酸链可与纤维素反应，并且与结构中的两个糖分子反应，

产生刚性交联网络，导致纤维网(如纸、纸板、气流成网无纺布和湿法无纺布以及纺织品)的强度提高。

实施例7.添加

以实现耐水性

使用硬木和软木牛皮纸浆制备2g和3g手抄纸。当

以0.1％或更高水平添加到1％纸浆浆料并排出水形成手抄纸时，

保留在纤维中，从而赋予耐水性。从0.1％至0.4％

水珠在表面上的时间为几秒或更短。在

负载超过0.4％后，耐水时间迅速增加至几分钟，然后负载水平大于1.5％时，时间增加至几小时。

实施例8.大体积纤维材料的制备

向纸浆中添加

起到软化纤维的作用，增加它们之间的空间，从而增加体积。例如，使含有125g(干)纸浆的3％硬木纸浆浆料排水，干燥，并且发现其体积为18.2立方厘米。将12.5g

添加到含有相同的125g干纤维的3％硬木纸浆浆料中。排水并干燥后，所得垫的体积为45.2立方厘米。

用已升温至60℃的

喷涂30g标准漂白硬木牛皮纸浆(由Old TownFuel and Fiber,LLC,Old Town,ME生产)。将此4.3cm³置于转速为10,000rpm的粉碎机中，并使其基本上再浆化。将混合物倒入手抄纸模具中并在105℃下干燥。所得疏水纸浆的体积为8.1cm³。切割2英寸正方形的该材料并置于液压机中，施加50吨压力30秒。所述正方形的体积显著减小，但是与从未施加压力的对照上切割的相同2英寸正方形相比，体积仍多50％。

重要的是，不仅观察到体积和柔软度的增加，而且当排出水时强制再浆化的垫产生保留全部疏水性的纤维垫。除了观察到水不能容易地“推”过低表面能屏障进入片材之外，该质量也是有价值的。脂肪酸的疏水性单链的连接不表现出这种性质。

尽管不受理论的束缚，但这代表了额外证据：

与纤维素反应并且纤维素纤维表面上的OH基不再可用于参与随后的氢键合。其他疏水材料干扰初始氢键，但在再浆化后，这种效果逆转，纤维素上的OH基在再干燥后可自由参与氢键合。

实施例9.袋纸测试数据

下表(表7)说明了通过用

和聚乙烯醇(PvOH)混合物以5-7g/m²涂覆到未漂白牛皮纸袋料(对照)上所赋予的特性。还包括供参考的商业袋。

表7.袋纸测试

从表中可看出，随着使用

和PvOH涂覆对照原纸，拉伸和破裂提高。

实施例10.湿/干拉伸强度

由漂白纸浆制备3g手抄纸。下文比较了不同

添加水平下的湿拉伸强度和干拉伸强度。请留意，对这些手抄纸而言，

没有乳化到任何涂层中，其仅仅简单地混合到纸浆中，并排干，而不添加其他化学物质(参见表8)。

表8.湿/干拉伸强度

还应留意，5％添加量后的湿强度并不远远低于对照的干强度。

实施例11.使用含有少于8个饱和脂肪酸的酯

用所制备的具有少于8个连接到蔗糖部分的脂肪酸的蔗糖酯进行了多个实验。样品SP50、SP10、SP01和F20W(来自Sisterna,The Netherlands)分别含有50、10、1和基本上0％的单酯。尽管这些可商购的产品通过使蔗糖与饱和脂肪酸反应制备，从而使其对进一步交联或类似的化学反应作用不大，但是其在检查乳化和防水性能方面是有用的。

例如，将10g SP01与10g乙二醛在10％煮过的PvOH溶液中混合。将混合物在200°F下“煮”5分钟，然后通过刮涂涂覆至由漂白硬木牛皮纸制成的多孔原纸上。结果是纸张表面上的交联蜡质涂层表现出良好的疏水性。在涂覆最小的3g/m²的情况下，所得接触角大于100°。由于乙二醛为众所周知的用于具有OH基的化合物的结晶剂，因此该方法是一种通过将蔗糖环上剩余的醇基团与基材或其他涂料材料中可用的醇基团键合，从而将相当不活泼的蔗糖酯附着在表面上的可能方法。

示例12.HST数据和水分吸收

为了证明

单独提供所观察到的防水性能，用不同量的SEFOSE(和PvOH或Ethylex 2025进行乳化，通过刮涂施用)处理多孔Twins River(Matawaska,ME)原纸，并通过Hercules施胶测试进行测试。结果如表9所示。

表9.

的HST数据。

如在表9中可见，涂覆到纸表面的增加的

导致耐水性增加(如增加的HST所示，以秒计)。

这还可使用饱和蔗糖酯产品的涂覆而看出。对于该具体实施例，产品F20W(可从Sisterna,The Netherlands获得)被描述为大多数分子具有4-8个取代的极低百分比的单酯。请留意，F20W产品加入量(pickup)仅为总涂层的50％，因为它是使用与其等量的PvOH乳化的，以制成稳定的乳液。因此，在加入量标记为“0.5g/m²”的情况下，PvOH的加入量也相同，总加入量为1.0g/m²。结果如表10所示。

表10.HST数据F20W。

HST-秒	Sisterna F20W加入量
		<1	0
2.0	0.5g/m<sup>2</sup>
		17.8	1.7g/m<sup>2</sup>
175.3	2.2g/m<sup>2</sup>
		438.8	3.5g/m<sup>2</sup>
2412	4.1g/m<sup>2</sup>

从表10可以看出，同样地，增加F20W提高了多孔片材的耐水性。因此，所涂覆的蔗糖脂肪酸酯本身使纸张具有耐水性。

耐水性不仅仅是由于存在与纤维素形成酯键的脂肪酸，软木手抄纸(漂白软木牛皮纸)负载有

并将油酸直接添加到纸浆中，其中油酸与纸浆中的纤维素形成酯键。零时刻的质量代表从105℃烘箱中取出的手抄纸的“完全干燥”质量。将样品置于保持在50％RH的受控湿度室中。记录质量随时间(以分钟计)的变化。结果示于表11和12中。

表11.吸湿性

表12.吸湿油酸。

时间(小时)	30％油酸	50％油酸	对照
				0	4.018	4.014	4.356
0.5	4.067	4.052	4.48
				2	4.117	4.077	4.609
3	4.128	4.08	4.631
				5	4.136	4.081	4.647
21	4.142	4.083	4.661

注意此次不同之处在于油酸直接添加到纸浆中形成酯键大大减慢了水分吸收。相比之下，仅有2％的

减慢水分吸收，而

在较高浓度下不减慢水分吸收。因此，尽管不受理论的束缚，但

结合材料的结构不能简单地通过由简单的脂肪酸酯和纤维素形成的结构来解释。

示例13.饱和SFAE

饱和酯类在室温下为蜡状固体，由于饱和，其与样品基质或其本身的反应性较低。使用高温(例如，在至少40℃下和对于所有测试材料高于65℃的温度下)，这些材料熔融并可以以液体施用，然后所述液体冷却并固化形成疏水涂层。或者，这些材料可以以固体形式乳化并作为水性涂料涂覆以赋予疏水特性。

此处示出的数据代表由涂覆有不同量的饱和SFAE的纸获得的HST(Hercules施胶测试)读数。

将获自Turner Falls纸的#45漂白硬木牛皮纸片材用于测试涂料。Gurley孔隙度测量值为约300秒，代表相当致密的原纸片材。从Mitsubishi Foods(Japan)获得的S-370在涂覆前用黄原胶(最高达1％质量的饱和SFAE制剂)乳化。

饱和SFAE制剂的涂层重量(磅/吨)HST(每个样品4次测量的平均值)。

表13

S-370涂层重量(磅每吨)	HST(每个样本平均4次测量)
		仅对照#0	4秒
#45	140秒
		#65	385秒
#100	839秒
		#150	1044秒
#200	1209秒

生成的实验室数据还证明有限量的饱和SFAE可增强被设计用于其他目的/应用的涂料的耐水性。例如，饱和SFAE与Ethylex淀粉和基于聚乙烯醇的涂料混合，在每种情况下都观察到提高的耐水性。

下文的实施例涂覆在#50、漂白的回收原纸上，Gurley孔隙率为18秒。

将100克Ethylex 2025以10％的固体(1升体积)煮制，并在热的状态下加入10克S-370并使用Silverson均化器混合。使用普通的台式刮涂装置涂覆所得涂料，并在加热灯下使纸干燥。

在300#/吨涂层重量下，单独的淀粉的平均HST为480秒。在淀粉和饱和SFAE混合物的涂层重量相同的情况下，HST增加到710秒。

将足够的聚乙烯醇(Selvol 205S)溶解在热水中以获得10％的溶液。将该溶液涂覆在上述相同的#50纸上，在150磅/吨的涂层重量下的平均HST为225。使用相同的溶液，添加S-370以实现其中含有90％PVOH/10％S-370(以干基计)的混合物(即，90ml水、9克PvOH、1克S-370)：平均HST增加到380秒。

饱和SFAE与醇溶谷蛋白(具体地，玉米醇溶蛋白；参见美国专利号7,737,200，通过引用整体并入本文)相容。由于所述专利主题的商业生产的主要障碍之一是制剂为水溶性的：饱和SFAE的加入在这方面有帮助。

实施例14.其他饱和SFAE

基于饱和SFAE的涂料的施胶压制评估在不施胶且成型相对差的漂白轻质片材(约35#)上进行。所有评估均使用Exceval HR 3010 PvOH进行，其经过煮制以乳化饱和SFAE。添加足够的饱和SFAE至占总固体的20％。重点是评估S-370与C-1800样品(可从MitsubishiFoods,Japan获得)。这两种酯的表现均优于对照，一些关键数据示于14：

表14

	平均HST	试剂盒值
			10％聚乙烯醇单独地	38秒	2
PVOH和S-370	85秒	3
			PVOH和C-1800	82秒	5

注意，饱和化合物似乎使试剂盒增加，其中S-370和C-1800均使HST增加约100％。

实施例15.湿强度添加剂

实验室测试表明，可调整蔗糖酯的化学性质以实现多种特性，包括用作湿强度添加剂。当通过将饱和基团连接到蔗糖(或其他多元醇)上的每个醇官能团来制备蔗糖酯时，结果得到在水中具有低混溶性/溶解度的疏水性蜡状物质。然而，这些化合物可添加到纤维素材料中以在内部或作为涂层赋予防水性；由于它们彼此之间或与样品基质的任何部分不发生化学反应，因此它们容易被溶剂、热和压力去除。

在需要防水和更高水平的耐水性的情况下，可制备含有不饱和官能团的蔗糖酯，并将其添加到纤维素质材料中以实现氧化和/或交联，这有助于将蔗糖酯固定在基质中并使其对物理去除具有很强的抵抗力。通过调整不饱和基团的数量以及蔗糖酯的大小，获得一种交联方法以赋予强度，但分子对于赋予耐水性不是最佳的。

此处示出的数据通过将

以不同水平添加到漂白牛皮纸片材并获得湿拉伸数据而获得。表中示出的百分比代表经处理的70#漂白纸的蔗糖酯百分比(参见表15)。

表15

上述数据说明了一种趋势，即向纸中添加不饱和蔗糖酯会随着负载水平的增加而增加湿强度。干拉伸显示了片材的最大强度作为参考点。

实施例16.使用酰氯制备蔗糖酯的方法。

除通过酯交换制备疏水性蔗糖酯之外，通过使酰氯与含有与蔗糖类似的环结构的多元醇直接反应，可在纤维制品中实现类似的疏水性。

例如，将200克棕榈酰氯(CAS 112-67-4)与50克蔗糖混合，并在室温下混合。混合后，将混合物升至100°F并在该温度下保持过夜(环境压力)。所得材料用丙酮和去离子水洗涤以除去任何未反应的或亲水的材料。使用C-13NMR对剩余材料的分析表明，已经产生了大量的疏水性蔗糖酯。

尽管已经表明(通过BT3和其他)，向纤维素质材料中添加脂肪酰氯可赋予疏水性，但在现场进行该反应是不希望的，因为放出的副产物气态HCl产生大量问题(包括腐蚀周围材料)，并对工人和周围环境造成危害。由产生盐酸导致的另一个问题是，形成越多——即越多的多元醇位点反应，则纤维组合物变得越弱。棕榈酰氯与纤维素和棉材料的反应量增加，伴随着疏水性的增加，制品强度降低。

使用200克R-CO-氯化物与50克其他类似多元醇(包括玉米淀粉、来自桦树的木聚糖、羧甲基纤维素、葡萄糖和萃取的半纤维素)中的各种重复上述反应数次。

实施例17.SFAE-木质素和SFAE-半纤维素组合

半纤维素可从甘蔗渣中获得。以甘蔗渣与NaOH溶剂1:5的比例进行萃取。过滤后，上清液用HCl调节至pH 5.5。然后过滤悬浮液，然后将上清液添加到四倍体积的乙醇中以获得粒料。随后，将粒料在50℃干燥。

在dH₂O中制备各种浓度的半纤维素。将SFAE作为水性乳液添加到半纤维素溶液中并在45℃下使用磁力搅拌器混合15min。然后，将半纤维素和SFAE溶液涂覆到基材上并干燥。然后，干燥的纸可进行分析(例如，水接触角、水蒸气传输、O₂传输)。

模制纸杯盖。

A)木质素涂覆的纤维

木质素纤维素纤维可通过记载于例如美国专利号20150233057(通过引用整体并入本文)中所述的方法获得，并且可作为悬浮液分离。

木质素纤维与SFAE的水性乳液混合以形成复合材料。将纤维素纤维和SFAE的悬浮液涂覆到可折叠的片材(微压花或

)上，并在环境温度(23℃)下干燥120分钟或更长时间，然后放入杯盖模具中。

测量所得模制复合材料的透氧性和水蒸气渗透性。模制复合材料可在设定为一定加热温度的恒温器室中进一步保持30分钟，并在环境温度(23℃)下冷却2小时或更长时间，以获得经处理的模制复合材料。

B)半纤维素模制杯。

纤维素纤维可通过如美国专利号20110262731(通过引用整体并入本文)中所述的方法获得，并且可作为悬浮液分离。

分离半纤维素，并与SFAE结合，如上所述。

将纤维素纤维与半纤维素-SFAE溶液混合以形成复合材料。将纤维素纤维和半纤维素SFAE的悬浮液涂覆到可折叠的片材(微压花或

)上，并在环境温度(23℃)下干燥120分钟或更长时间，然后放入杯盖模具中。

测量所得模制复合材料的透氧性和水蒸气渗透性。模制复合材料可在设定为一定加热温度的恒温器室中进一步保持30分钟，并在环境温度(23℃)下冷却2小时或更长时间，以获得经处理的模制复合材料。

证据18.其他用途

发现杯基础原料已用松香重度处理以增加耐水性。然而，发现该板上的Gurley为50秒，表明该板为相当多孔的板。这种材料是可再浆化的，蒸汽迅速渗透以使其软化。将纯

涂覆在该板上，并在100℃的烘箱中干燥过夜。所得材料具有塑料般的手感，并且完全防水。以质量计，其为50％(重量/重量)纤维素/50％(重量/重量)

Gurley过高以致于无法测量。将样品浸入水中7天并没有显著使材料软化，然而，从温室数据来看，其似乎在约150天内生物降解。普通胶带和胶水不会粘在这种复合材料上。

已经用饱和SFAE和玉米醇溶蛋白进行了实验，因为玉米醇溶蛋白已被证明赋予纸耐油脂性。生成了稳定的玉米醇溶蛋白水分散体(在水中最高达25％)，其中加入了2％至5％的饱和SFAE。观察表明，饱和SFAE通过赋予制剂耐水性(与耐油脂性)来“锁定”纸上的玉米醇溶蛋白。

尽管已经参考上述实施例描述了本发明，但应理解，修改和变化包含在本发明的精神和范围内。因此，本发明仅由以下权利要求限制。本文公开的所有参考文献均通过引用整体并入本文。

Claims (20)

1.一种组合物，其包含SFAE-半纤维素结合的基于纤维素的材料，其中所述SFAE和半纤维素以足够的浓度存在，以使结合的基于纤维素的材料具有低透氧性。

2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述糖脂肪酸酯包含至少一种糖和至少一种包含8至30个碳的脂族基团，并且所述组合物以足够的浓度存在以使结合的基于纤维素的材料与不含组合物的相同材料相比具有疏水性。

3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述SFAE-半纤维素组合物可释放地或不可释放地结合到所述基于纤维素的材料上。

4.根据权利要求1所述的组合物，所述SFAE以足够的浓度存在以使所述结合的基于半纤维素的材料具有等于或大于90°的水接触角，其中所述水接触角在不存在任何次级疏水物的情况下实现。

5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物包含1-99％的半纤维素含量，以干重％计。

6.一种组合物，其包含SFAE-木质素结合的基于纤维素的材料，其中SFAE和木质素以足够的浓度存在以使结合的基于纤维素的材料具有耐水性。

7.根据权利要求6所述的组合物，其中所述糖脂肪酸酯包含至少一种糖和至少一种包含8至30个碳的脂族基团。

8.根据权利要求6所述的组合物，其中所述SFAE-木质素组合物可释放地或不可释放地结合到所述基于纤维素的材料上。

9.根据权利要求6所述的组合物，所述SFAE以足够的浓度存在以使所述结合的基于木质素的材料具有等于或大于90°的水接触角，其中所述水接触角在不存在任何次级疏水物的情况下实现。

10.根据权利要求1或6所述的组合物，其中所述基于纤维素的材料选自纸、纸片、纸板、纸浆、食品储存纸盒、羊皮纸、蛋糕板、屠夫纸、离型纸/衬垫、食品储存袋、购物袋、运输袋、培根板、隔绝材料、茶包、咖啡或茶容器、堆肥袋、餐具、冷热饮料容器、杯、盖、盘、充碳酸液体储存瓶、礼品卡片、非充碳酸液体储存瓶、包装食品薄膜、垃圾处理容器、食品处理工具、织物纤维(例如棉或棉混纺)、水储存和输送工具、酒精或非酒精饮料容器、电子产品的外壳或屏幕、家具内部或外部零件、窗帘和室内装潢品。

11.一种制备模制杯盖的方法，其包括：

a.将含有SFAE和半纤维素的组合物施用到可折叠纸片材上；

b.使所述折叠片材干燥足够长的时间以使组合物粘附到片材上；

c.将片材放入杯盖模具中，并使所述片材完全干燥；并且

d.任选地，将盖加热额外的时间以使盖充分成形。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述可折叠纸是微压花的。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述糖脂肪酸酯包含至少一种糖和至少一种包含8至30个碳的脂族基团，并且所述组合物以足够的浓度存在以使结合的基于纤维素的材料与不含组合物的相同材料相比具有疏水性。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述SFAE和半纤维素以足够的浓度存在以使所述结合的基于纤维素的材料具有低透氧性。

15.一种制品，包括通过权利要求11所述的方法制备的模制杯盖。

16.一种制备模制杯盖的方法，其包括：

a.将含有SFAE和木质素的组合物施用到可折叠纸片材上；

b.使所述折叠片材干燥足够长的时间以使组合物粘附到片材上；

c.将片材放入杯盖模具中，并使所述片材完全干燥；并且

d.任选地，将盖加热额外的时间以使盖充分成形。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述可折叠纸是微压花的。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述SFAE和木质素以足够的浓度存在以使结合的基于纤维素的材料具有耐水性。

19.一种制品，其包括通过权利要求16所述的方法制备的模制杯盖。

20.根据权利要求19所述的制品，其中所述SFAE是饱和的或不饱和的。

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