CN116406405A - 用于纤维素和合成材料的生物基衍生化的方法和由其获得的制品 - Google Patents

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Abstract

本公开内容总体上涉及通过使用包含甘油酯和/或脂肪酸盐的共混物的生物基涂料和/或组合物单独地或结合地处理纤维素或合成材料以提供新的和/或改进的特性(如耐水性和耐油/油脂性(也称为疏脂和疏水阻隔特性))的方法，以及通过所述方法获得的产品。

Description

用于纤维素和合成材料的生物基衍生化的方法和由其获得的 制品
技术领域
本公开内容总体上涉及通过使用包含甘油酯和/或脂肪酸盐的共混物的生物基涂料和/或组合物单独地或结合地处理纤维素或合成材料以提供新的和/或改进的特性(如耐水性和耐油/油脂性(也称为疏脂和疏水阻隔特性))的方法，以及通过所述方法获得的产品。
发明背景
纤维素材料在工业中具有广泛的应用，作为填充剂、吸收剂和印刷组分。由于它们的高热稳定性、良好的氧阻隔功能和化学/机械回弹性，它们的使用优于其它材料来源的使用(参见例如Aulin等人，Cellulose(2010)17:559-574；其全部内容通过引证的方式纳入本文)。还很重要的是这样的事实，即这些材料一旦分散在环境中就完全可生物降解，并且它们完全无毒。纤维素及其衍生物是在应用如食品包装和一次性物品中选择用于环境友好解决方案的材料。
然而，纤维素的许多优点被该材料的亲水性/亲脂性抵消，该材料对水/脂肪显示出高的亲和力并且容易水合(参见例如Aulin等人，Langmuir(2009)25(13):7675-7685；其全部内容通过引证的方式纳入本文)。虽然这对于应用如吸收剂和薄纸是有利的，但当需要安全地包装含水/含脂质的材料(例如食品)时，这是成为问题的。在纤维素托盘中长期储存食物，尤其是含有大量水和/或脂肪的预制餐(ready-made meal)时是成问题的，例如，这是因为它们将首先变得潮湿，然后最终失效。此外，由于材料高的相对孔隙率，可能需要多层涂层以抵消在纤维素表面上保持足够多涂料的低效率，这导致成本增加。
该问题在工业中通常通过用某种疏水有机材料/碳氟化合物、硅酮涂覆纤维素纤维来解决，所述疏水有机材料/碳氟化合物、硅酮将物理地保护下面的亲水纤维素不受内容物中的水/脂质的影响，包括防止芯吸到纤维间隙中、油脂流入折痕中或允许释放附着的材料。例如，将材料如PVC/PEI/PE常规地用于此目的并且物理地附着(即，喷涂或挤出)在待处理的表面上。
由于碳氟化合物降低制品的表面能的能力，工业上多年来已经利用基于碳氟化学品的化合物来生产具有改进的耐油和油脂渗透的制品。使用全氟化烃的一个新出现的问题是它们在环境中的长期留存。EPA和FDA最近已开始审查这些化合物的来源、环境归宿和毒性。最近的一项研究报道，在学龄儿童采集的血样中出现全氟辛烷磺酸盐的概率非常高(>90％)。这些化合物的费用和潜在的环境责任驱使制造商寻求替代方法来生产具有耐油和油脂渗透的制品。
尽管降低表面能改善了制品的耐渗透性，但是降低表面能也具有一些缺点。例如，用碳氟化合物处理的织物将表现出良好的耐污性；然而，一旦被弄脏，清洁组合物渗透并因此从织物上释放污垢的能力可能会受到影响，这会导致永久性弄脏织物，使其使用寿命缩短。另一个实例是其随后将被印刷和/或涂覆有粘合剂的防油纸。在这种情况下，通过用碳氟化合物处理获得所需的耐油脂性，但是纸的低表面能可能引起与印刷油墨或粘合剂接受性相关的问题，包括粘着、逆套印(back trap)斑点、差的粘合性和套准性(register)。如果将防油纸用作已在一侧施用粘合剂的压敏标签，则低表面能可能会降低粘合强度。为了改善其可印刷性、涂覆性或粘附性，可以通过后成形方法如电晕放电、化学处理、火焰处理等来处理低表面能制品。然而，这些方法增加了生产制品的成本，并且可能具有其他缺点。
希望设计一种“绿色的”生物基涂料，其是疏水的、疏脂的和可堆肥的，包括原纸/膜，其允许以降低的成本将涂料保持在所述纸的表面上并防止芯吸到纤维间隙中，或减少材料粘附到纤维素表面，而不牺牲可生物降解性和/或可回收性。
另一个问题是合成膜(例如塑料袋、塑料包裹物、塑料容器等)通常是可渗透的，并且需要一层或多层涂层以实现耐油性和耐油脂性和/或耐水性，和/或降低透气性。同样，基于碳氟化合物和/或石油的涂料通常用于为合成膜提供所需的阻隔特性。
另一个问题是用于赋予疏水性和/或疏脂性阻隔特性的常规涂料(包括本文所述的碳氟化合物和石油化学品涂料)在用该材料涂布的制品的折叠、折痕等处它们倾向于表现不佳。具体地，制品通常在这些位置处具有较差的耐水性和/或耐油脂性。可以将这种“油脂折痕效应(grease creasing effect)”定义为油脂在通过所述纸结构的折叠、按压或压皱而产生的纸结构中的吸收。油脂折痕效应的常规解决方案是向涂料中添加胶乳、丁二烯或类似树脂以在这些位置处实现改善的涂层覆盖率。然而，使用这种常规的解决方案，这些位置的耐水性和/或耐油性和耐油脂性可能仍然低于制品的平坦部分；这种常规解决方案由于添加树脂组分而增加了成本；并且该常规解决方案不是完全生物基的，这是因为胶乳和丁二烯可以是合成的和/或不易回收的。因此，存在改善具有折叠、折痕等的形状复杂或简单的三维物体的阻隔特性的空间。
美国专利申请公开号2018/0066073(下文称为“‘073出版物”)(其全文通过引证的方式纳入本文)公开了用提供增加的疏水性和/或疏脂性而不牺牲其生物可降解性的组合物处理基材(特别是纤维素材料)的可调方法。特别地，‘073申请公开了在纤维素材料上结合糖脂肪酸酯(或“SFAE”)以提供显示出较高疏水性、疏脂性、阻隔功能和机械性能的处理材料的方法。
发明内容
本文公开的各实施方案提供了使用甘油酯和/或脂肪酸盐的共混物赋予纤维素和合成材料耐油性和耐油脂性和/或耐水性的方法。本文公开的各实施方案还提供由此方法获得的制品(或产品)、所述制品具有改进特性，包括但不限于耐油性和耐油脂性和/或耐水性。
在一些实施方案中，本公开内容提供了赋予基材疏水和/或疏脂阻隔特性的方法，所述方法包括：制备用于赋予基材疏水和/或疏脂阻隔特性的制剂，所述制剂包括一种或多种甘油酯和/或一种或多种脂肪酸盐的共混物；以及将基材的表面与制剂接触以赋予所述基材疏水和/或疏脂阻隔特性。所公开的制剂在本文中也可称为“组合物”、“所公开方法的组合物”、“处理组合物”等。一种或多种甘油酯和/或一种或多种脂肪酸盐的共混物也可称为“甘油酯/FAS共混物”等，并且应推断为同时需要甘油酯和脂肪酸盐。
出乎意料地，可使用包含一种或多种脂肪酸盐(基于它们的脂肪酸链通常为非极性的和疏水性的)和一种或多种甘油酯(基于它们的脂肪酸链通常为非极性的和疏水性的；特别为甘油三酯，这是因为甘油残基的所有羟基均被酯化)的制剂同时赋予基材耐水性和耐油性和/或耐油脂性。
在一些实施方案中，所述方法包括预先确定制剂中包含的甘油酯/FAS共混物的含量的步骤。在一些方面，预先确定的步骤可在制备制剂之前进行，或可在用制剂接触基材的表面之前进行。在一些方面，进行预先确定的步骤以实现所需的效果。在一些方面，进行预先确定的步骤以实现所需水平的耐水性和/或所需水平的耐油性和耐油脂性。
在一些实施方案中，用制剂接触的基材为纤维素材料、合成的聚合材料或天然或合成的织造材料。在一些实施方案中，所述纤维素材料可为纤维素纤维、微纤化纤维素(MFC)、纳米纤化纤维素或纤维素纳米晶。
在一些实施方案中，用制剂接触基材的步骤包括形成制剂和纤维素纤维的溶液。这可称为湿部处理(wet end process)，因为将用于赋予阻隔特性的制剂的组分(即，甘油酯和/或脂肪酸盐)与纤维素纤维混合成溶液形式(而不是例如用制剂涂覆固体材料的表面)。在一些实施方案中，制剂和纤维素纤维的溶液为乳液。在混合制剂和纤维素纤维后可形成乳液，或者制剂或纤维素纤维之一或两者可在其混合前为乳液的形式。
在一些实施方案中，溶液中存在的甘油酯/FAS共混物的浓度为至少0.025％(重量/重量)，基于溶液中存在的全部纤维素纤维计。在相关方面，甘油酯/FAS共混物可存在约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)或约10％(重量/重量)至约50％(重量/重量)，基于存在的全部纤维计。
在一些实施方案中，可将糖脂肪酸酯作为乳化剂或乳化试剂加入溶液中，例如促进甘油酯、脂肪酸盐和/或纤维素纤维溶解。
在一些实施方案中，使用溶液形成的制品具有疏水和/或疏脂阻隔特性。由溶液形成的制品可包括纸、纸板、咸肉衬板(bacon board)、隔绝材料、用于食品存储的纸箱、堆肥袋、用于食品存储的袋、用于粘合剂如压敏粘合剂的离型纸、装运袋(shipping bag)、杂草封盖/屏障织物或膜、地膜、种植盆、填充珠粒(packing bead)、气泡包装(bubble wrap)、层压板、信封、礼品卡、信用卡、手套、雨衣、OGR纸、购物袋、尿布、隔膜(membrane)、餐食用具、茶袋、用于咖啡或茶的容器、用于盛放热或冷饮料的容器、杯、盘、充碳酸气液体的储存瓶、非充碳酸气液体的储存瓶、盖、用于包装食品的膜、垃圾处理容器、食品处理工具、织物纤维、储存和运输水的工具、储存和运输酒精或非酒精饮料的工具、用于电子产品的外壳或屏幕、家具内部或外部的零件、窗帘、室内装饰品、织物、膜、盒、片材、托盘、管、输水管道、服装、医疗器械、医药包装、避孕用具、露营设备、模制的纤维质材料及其组合。
在一些实施方案中，用制剂接触基材的步骤包括用制剂涂覆基材的表面。在一些实施方案中，甘油酯/FAS共混物在基材表面上以至少约0.05g/m2的涂布量存在。在相关方面，甘油酯/FAS共混物在纤维素基材料的表面上可以约0.05g/m2至约1.0g/m2、约1.0g/m2至约2.0g/m2、约2g/m2至约3g/m2的涂布量存在。在相关方面，可以约3g/m2至约4g/m2、约4g/m2至约5g/m2、约5g/m2至约10g/m2或约10g/m2至约20g/m2存在。
在一些实施方案中，用制剂接触的基材为制品的表面，所述制品选自纸、纸板、咸肉衬板、隔绝材料、纸浆、用于食品存储的纸箱、堆肥袋、用于食品存储的袋、用于压敏粘合剂的离型纸、装运袋、杂草封盖/屏障织物或膜、地膜、种植盆、填充珠粒、气泡包装、吸油材料、层压板、信封、礼品卡、信用卡、手套、雨衣、OGR纸、购物袋、尿布、隔膜、餐食用具、茶袋、用于咖啡或茶的容器、用于盛放热或冷饮料的容器、杯、盘、充碳酸气液体的储存瓶、非充碳酸气液体的储存瓶、盖、用于包装食品的膜、垃圾处理容器、食品处理工具、织物纤维、储存和运输水的工具、储存和运输酒精或非酒精饮料的工具、用于电子产品的外壳或屏幕、家具内部或外部的零件、窗帘、室内装饰品、织物、膜、盒、片材、托盘、管、输水管道、服装、医疗器械、医药包装、避孕用具、露营设备、模制的纤维质材料及其组合。
在一些实施方案中，一种或多种甘油酯和/或一种或多种脂肪酸盐的共混物由油料种子获得。在其他实施方案中，甘油酯和/或脂肪酸盐由其他天然存在的可食用脂肪和油的来源获得。
在一些实施方案中，一种或多种甘油酯可包括一种或多种甘油单酯、一种或多种甘油二酯和一种或多种甘油三酯的共混物。甘油单酯、甘油二酯和甘油三酯可以任意重量比进行共混。即，甘油单酯、甘油二酯或甘油三酯中的任一种都可以是按重量计的制剂的主要甘油酯组分。在其他实施方案中，可以想到该制剂可能不包括任何甘油单酯，或者可能不包括任何甘油二酯，或者可能不包括任何甘油三酯。
在一些实施方案中，一种或多种甘油酯的脂肪酸烷基基团是不同的。例如，一种或多种甘油酯可包含具有不同碳原子数、不同不饱和度，和/或不同烯烃构型和位置的脂肪酸基团。在一些实施方案中，多个甘油酯包括三棕榈酸甘油酯和/或三硬脂酸甘油酯。
在一些实施方案中，一种或多种脂肪酸盐包括一种或多种钙盐、钾盐或钠盐。脂肪酸的钙盐、钾盐或钠盐可由天然存在的来源(例如油料种子)获得。一种或多种脂肪酸盐可包括选自以下的一种或多种：油酸钠、硬脂酸钠、棕榈酸钠、油酸钙、硬脂酸钙或棕榈酸钙。
在一些实施方案中，在不存在任何次级疏水物的情况下，疏水阻隔特性通过一种或多种甘油酯和/或一种或多种脂肪酸盐的共混物赋予基材。
在一些实施方案中，方法中使用的制剂还包括一种或多种乳化剂或乳化试剂。一种或多种乳化剂可以足以形成甘油酯和/或脂肪酸盐和水的乳液的浓度存在于制剂中。在一些实施方案中，甘油酯/FAS共混物与一种或多种乳化试剂的重量比为约0.1:99.9至约99.0:0.1、约10:90至约90:10、约20:80至80:20、约35:65至65:35、约40:60至约60:40或约50:50。在一些实施方案中，乳化试剂可选自水、缓冲剂、糖脂肪酸酯、聚乙烯醇(PvOH)、羧甲基纤维素(CMC)、乳蛋白、小麦谷蛋白、明胶、醇溶蛋白、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、单甘油、二甘油、磷酸一钠、单硬脂酸酯、丙二醇、清洁剂、鲸蜡醇、甘油酯、(饱和的)((多)不饱和)脂肪酸甲酯及其组合。
在一些实施方案中，方法中使用的制剂也可包括一种或多种糖脂肪酸酯。
在一些实施方案中，将一种或多种糖脂肪酸酯(SFAE)加入制剂中以提供乳化剂的功能。为此，甘油酯/FAS共混物与一种或多种SFAE的重量比为约0.1:99.9至约99.0:0.1、约10:90至约90:10、约20:80至80:20、约35:65至65:35、约40:60至约60:40或约50:50。
在一些实施方案中，所述方法包括预先确定制剂中包含的SFAE的含量的步骤。在一些方面，该预先确定的步骤可在制备制剂之前进行，或可在用制剂接触基材的表面之前进行。在一些方面，进行该预先确定的步骤以实现所需的效果。在一些方面，进行预先确定的步骤以实现所需水平的耐水性和/或所需水平的耐油性和耐油脂性。在一些实施方案中，可以进行该预先确定的步骤以实现甘油酯/FAS共混物的乳液。
在一些实施方案中，基于溶液中存在的全部纤维素纤维计，SFAE在制剂中可以10％(重量/重量)至25％(重量/重量)的浓度存在，以提供下文所述的额外特性。
在一些实施方案中，方法中使用的制剂还包括造纸工业中常规使用的一种或多种颜料。一种或多种颜料可以约0.1重量％至约90重量％的浓度存在于制剂中，基于制剂的总重量计。在其他方面，颜料的浓度可为约1重量％至10重量％、约11重量％至20重量％、约21重量％至30重量％、约31重量％至40重量％、约41重量％至50重量％、51重量％至60重量％、61重量％至70重量％、71重量％至80重量％、81重量％至90重量％，或0.1重量％至90重量％之间的任意其他范围。颜料的使用在造纸工业中是熟知的，并且可以选择颜料浓度以改变最终产品的特性。在一些实施方案中，一种或多种颜料选自粘土、碳酸钙、二氧化钛、高岭土、滑石或塑料颜料。
在一些实施方案中，将一种或多种颜料在包含在制剂中之前进行预处理。预处理可包括根据本文所公开的方法将颜料与甘油酯/FAS共混物和/或一种或多种SFAE接触足够长的时间以将甘油酯/FAS/SFAE与颜料结合。经预处理的颜料可包括在湿部中(例如直接加入造纸配料中)或可将经预处理的颜料加入本文公开的制剂中。
在一些实施方案中，方法中使用的制剂是完全生物基的。在一些实施方案中，方法中使用的制剂不包括碳氟化合物。在一些实施方案中，方法中使用的制剂不包括从石油获得的化合物。在一些实施方案中，通过所述方法生产的制品完全是生物基的。
在一些实施方案中，方法中使用的制剂包括一种或多种带电聚合物以帮助甘油酯和/或脂肪酸盐保留在基材上。一种或多种带电聚合物可包括一种或多种阳离子聚合物、阴离子聚合物、非离子聚合物，和/或两性离子聚合物。在一些实施方案中，带电聚合物包括相对低分子量阳离子聚合物和相对高分子量阴离子聚合物的组合。
在一些实施方案中，带电聚合物由一种或多种阳离子聚合物组成。一种或多种阳离子聚合物可包括聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺可包括聚DADMAC(聚二烯丙基二甲基氯化铵)。
在一些实施方案中，阳离子聚合物的重均分子量为500,000至10,000,000。在一些方面，重均MW为500,000至1,000,000、1,000,001至2,000,000、2,000,001至3,000,000、3,000,001至4,000,000、4,000,001至5,000,000、5,000,001至6,000,000、6,000,001至7,000,000、7,000,001至8,000,000、8,000,001至9,000,000或9,000,001至10,0000。在一些方面，将带电聚合物的共混物用于实现使用具有上文范围内任意MW的带电聚合物组合的“双峰”型重均MW(例如，重均MW小于1,000,000的第一带电聚合物与重均MW大于2,000,000的第二带电聚合物结合使用；其中第一带电聚合物与第二带电聚合物的重量比为10:90至90:10)。在一些实施方案中，制剂中的阳离子聚合物的浓度为约0.01重量％至约5重量％，约0.01重量％至约3重量％，0.05重量％至约0.1重量％，或约0.1重量％至约1重量％，或约1重量％至约3重量％，制剂的总重量为100％。在一些方面，制剂中阳离子聚合物与甘油酯/FAS共混物的重量比为约0.1:99.9至约20:80、0.5:99.5至约15:85、约1:99至约10:90，或约2.5:97.5至约7.5:92.5。
尽管不囿于任何理论，但长链聚合物(特别是长链阳离子聚合物)可能有包裹甘油酯的酯的趋势，从而阻碍了甘油酯的脂肪酸链。认为实现油和油脂阻隔性和水阻隔性两者的组合的一种机制是取代链的沿面取向的变化增加(即，链在不同的平面上)。
在一些实施方案中，方法中使用的制剂还包括一种或多种粘合剂，其选自淀粉、蛋白质、醇溶蛋白、聚合物、聚合物乳液、PvOH或其组合。在一些实施方案中，所述制剂不包含粘合剂。
在一些实施方案中，赋予疏水和/或疏脂阻隔特性的基材表现出约3至约12的3M油脂KIT测试值。在一些实施方案中，赋予疏水和/或疏脂阻隔特性的基材表面表现出至少90°的水接触角。在一些实施方案中，赋予疏水和/或疏脂阻隔特性的基材表面显示至少65秒的HST值。
在一些实施方案中，提供了通过所公开的方法获得的制品。
在一些实施方案中，提供乳液。所述乳液可用作本文公开的方法的制剂。所述乳液可包括约0.01重量％至约80重量％的一种或多种乳化剂，约0.01重量％至约95重量％的一种或多种甘油酯和/或一种或多种脂肪酸盐的共混物，以及余量的水或其他合适的溶剂。在一些实施方案中，所述乳液还包括0.01至约3％的带电聚合物作为助留剂。所述乳液还可包括用于使乳液在一段时间(例如，数周、数月等)内稳定的材料，例如纳米纤化纤维素或微纤化纤维素、树胶或增稠剂。在一些实施方案中，一种或多种乳化剂包括糖脂肪酸酯(SFAE)。在一些方面，SFAE的含量小于甘油酯/FAS共混物的含量(例如，SFAE:甘油酯/FAS的重量比为1:99至40:60)，在其他方面，SFAE的含量大于甘油酯/FAS共混物的含量(例如，SFAE:甘油酯/FAS的重量比为60:50至95:5)。
在一些实施方案中，提供可模塑组合物。所述可模塑组合物可包括约75重量％至约97重量％的纤维素纤维和约2重量％至约25重量％的一种或多种甘油酯、一种或多种脂肪酸盐和/或一种或多种糖脂肪酸酯(SFAE)。在一些方面，所述可模塑组合物包含约2％至约25％的一种或多种甘油酯。在一些方面，所述可模塑组合物包含约2％至约25％的一种或多种脂肪酸盐。在一些方面，所述可模塑组合物包含约2％至约25％的一种或多种SFAE。当可模塑组合物包括一种或多种甘油酯和一种或多种SFAE的结合物时，甘油酯:SFAE的重量比可为约1:99至约99:1、约10:90至约90:10、约20:80至约80:20、约30:70至约70:30、约40:60至约60:40或约50:50。当可模塑组合物包括一种或多种甘油酯、一种或多种脂肪酸盐和一种或多种SFAE时，甘油酯/FAS共混物:SFAE的重量比可为约1:99至约99:1、约10:90至约90:10、约20:80至约80:20、约30:70至约70:30、约40:60至约60:40或约50:50。
所述可模塑组合物还可包括浓度约0.1重量％至约80重量％的颜料，制剂的总重量为100重量％。在其他方面，颜料的重量可为约1至10重量％、约11至20重量％、约21至30重量％、约41至50重量％、约51至60重量％、约61至70重量％或约71至80重量％。可以选择颜料的含量和类型以改变由所述可模塑组合物获得的模制品的性质。例如，可加入粘土以提高模制品的刚性。在一些实施方案中，将颜料以本文讨论的方式进行预处理。
在一些实施方案中，所述可模塑组合物还可包括一种或多种乳化试剂。在一些实施方案中，甘油酯、脂肪酸盐和糖脂肪酸酯的总重量与一种或多种乳化试剂的重量比为约0.1:99.9至约99.0:0.1、约10:90至约90:10、约20:80至80:20、约35:65至65:35、约40:60至约60:40或约50:50。在一些实施方案中，所述乳化试剂可选自水、缓冲剂、糖脂肪酸酯、聚乙烯醇(PvOH)、羧甲基纤维素(CMC)、乳蛋白、小麦谷蛋白、明胶、醇溶蛋白、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、单甘油、二甘油、磷酸一钠、单硬脂酸酯、丙二醇、清洁剂、鲸蜡醇、甘油酯、(饱和的)((多)不饱和)脂肪酸甲酯及其组合。
在一些实施方案中，所述可模塑组合物还包括一种或多种带电聚合物作为助留剂。在一些方面，带电聚合物为上文定义的用于本文公开的制剂的带电聚合物。在一些方面，可模塑组合物中阳离子聚合物与甘油酯、脂肪酸盐和糖脂肪酸酯的总重量的重量比为约0.1:99.9至约20:80、0.5:99.5至约15:85、约1:99至约10:90，或约2.5:97.5至约7.5:92.5。在一些方面，带电聚合物的含量为0.01至5重量％，基于纤维素纤维的总干重计。
在一些实施方案中，当可模塑组合物被加热至140°F或更高、150°F或更高、175°F或更高、200°F或更高、225°F或更高或250°F或更高的温度时，其是柔性的、可模塑的和可成形的，即使不添加水。可以例如通过改变糖脂肪酸酯(SFAE)来改变实现用于模塑和成形组合物的柔性的目标温度。例如，糖脂肪酸酯(SFAE)的含量可以在上述范围内变化；糖的选择可以变化(例如，单糖、二糖和三糖以及更高级的多糖)；糖的取代可以变化(单酯、二酯、三酯、四酯、五酯、六酯、七酯、八酯)；脂肪酸链的长度和饱和度可以变化；等等。在一些方面，SFAE是蔗糖脂肪酸酯。在一些方面，SFAE是木糖脂肪酸酯。在一些方面，SFAE是葡萄糖脂肪酸酯。在一些实施方案中，SFAE是一种或多种蔗糖脂肪酸酯、木糖脂肪酸酯和/或葡萄糖脂肪酸酯的组合。
所公开的可模塑组合物在加热、模塑并随后冷却至环境温度后出乎意料地具有疏水和/或疏脂阻隔特性。此外，所述可模塑组合物在冷却至室温后保持其三维形状(和阻隔特性)。这提供了若干优点。例如，可模塑组合物可大批量制备并在稍后用于模塑多个固体三维制品(包括上文列出的示例性制品)，并且固体三维形状将具有疏水和/或疏脂阻隔特性。
另一个出乎意料的优点是，可以在由可模塑组合物形成的整个制品上均匀地具有疏水和/或疏脂阻隔特性，包括在折叠、折痕等处。换言之，通过在湿部加入用于赋予阻隔特性的制剂，可以获得在平坦部分和折痕、折叠等上具有优异阻隔特性的固体三维产品，这与上述常规方法不同。
另一个出乎意料的优点是，可模塑组合物中可使用颜料而不损失阻隔特性。该结果是非常出乎意料的，这是因为许多无机颜料是亲水的，因此不具有耐水性。换言之，在常规方法中，由于无机颜料含量的增加将损失阻隔特性。因此，本文公开的方法有利地提供了可以用相对大量的颜料制备的制品/产品，其具有改善的耐油性和耐油脂性以及耐水性阻隔特性的组合。
在一些实施方案中，公开了一种热成型具有疏水和/或疏脂阻隔特性的模制品的方法，所述方法包括：制备包含纤维素纤维和一种或多种甘油酯、一种或多种脂肪酸盐和/或一种或多种糖脂肪酸酯的可模塑组合物；将可模塑组合物加热至至少140°F的温度以增加组合物的柔性；以及将加热的组合物模塑成具有三维形状的模制品，其中通过该方法获得的模制品具有疏水和/或疏脂阻隔特性。
在一些实施方案中，用于热成型方法的加热步骤的目标温度可为约140°F或更高、150°F或更高、175°F或更高、200°F或更高、225°F或更高，或250°F或更高。用于实现用于模塑组合物的柔性的目标温度可例如通过改变糖脂肪酸酯来改变。例如，糖脂肪酸的含量可在上述范围内变化；糖的选择可以变化(例如，单糖、二糖和三糖以及更高级的多糖)；糖的取代可以变化(单酯、二酯、三酯、四酯、五酯、六酯、七酯、八酯)；脂肪酸链的长度和饱和度可以变化；等等。在一些方面，SFAE是蔗糖脂肪酸酯。在一些方面，SFAE是木糖脂肪酸酯。在一些方面，SFAE是葡萄糖脂肪酸酯。在一些实施方案中，SFAE是一种或多种蔗糖脂肪酸酯、木糖脂肪酸酯和/或葡萄糖脂肪酸酯的组合。
在一些实施方案中，在热成型方法中使用的可模塑组合物为上文公开的本文公开的可模塑组合物。
在一些实施方案中，由热成型方法获得的模制品在冷却至环境温度(例如，约68至约72°F的室温)后保持其三维形状。在一些实施方案中，由热成型方法获得的模制品能保持其三维形状直至其再次被加热至上文公开的温度范围。然而不囿于任何理论，认为这些出乎意料的特性通过以公开的含量使用一种或多种甘油酯、一种或多种脂肪酸盐和/或一种或多种糖脂肪酸酯(SFAE)获得。例如，认为加热“熔化”了结合至纤维素纤维的甘油酯/FAS/SFAE，从而提供柔性，此外，通过甘油酯/FAS/SFAE赋予的阻隔特性在冷却时得到保持。
在一些实施方案中，由热成型方法获得的模制品选自纸、纸板、咸肉衬板、隔绝材料、用于食品存储的纸箱、堆肥袋、用于食品存储的袋、用于压敏粘合剂的离型纸、装运袋、杂草封盖/屏障织物或膜、地膜、种植盆、填充珠粒、气泡包装、层压板、信封、礼品卡、信用卡、手套、雨衣、OGR纸、购物袋、尿布、隔膜、餐食用具、茶袋、用于咖啡或茶的容器、用于盛放热或冷饮料的容器、杯、盘、充碳酸气液体的储存瓶、非充碳酸气液体的储存瓶、盖、用于包装食品的膜、垃圾处理容器、食品处理工具、织物纤维、储存和运输水的工具、储存和运输酒精或非酒精饮料的工具、用于电子产品的外壳或屏幕、家具内部或外部的零件、窗帘、室内装饰品、织物、膜、盒、片材、托盘、管、输水管道、服装、医疗器械、医药包装、避孕用具、露营设备、模制的纤维质材料及其组合。
在一些实施方案中，由热成型方法获得的模制品的表面表现出约3至约12的3M油脂KIT测试值。在一些实施方案中，由热成型方法获得的模制品的表面表现出至少90°的水接触角。在一些实施方案中，由热成型方法获得的模制品的表面显示至少65秒的HST值。
下文进一步描述了本文公开的其他特征和优点。该发明内容部分仅用于说明所公开的某些特征，而不意图以任何方式限定公开的范围。尚未讨论的本文公开的具体特征或实施方案，或在发明内容部分中包括的一个或多个特征，不应解释为对权利要求的限制。
具体实施方式
在更详细地描述本发明的组合物、方法和方法学之前，应当理解本文的公开内容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“一个/种(a)”、“一个/种(an)”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“甘油酯”包括一种或多种甘油酯和/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文公开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公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。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公开内容的实践或测试，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。
除非另有说明，本文公开的每个范围将被理解为包括并且公开了每个离散点和该范围内的所有可能的子范围。
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，本文公开显示通过用一种或多种甘油酯和/或一种或多种脂肪酸盐的共混物(或甘油酯/FAS共混物)处理基材(如纤维素纤维)的表面，所得表面尤其具有很强的疏水性。例如，在纤维素纤维的情况下，纤维素羟基可被大体积的有机链所掩盖。此外，甘油酯/FAS共混物(和其他本文公开的用于促进甘油酯和脂肪酸(例如糖脂肪酸酯)使用的其他成分)例如在通过细菌酶去除后本身易于消化。基材的衍生化的表面显示出很强的耐热性，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，在可使用纤维素材料的任意实施方案中，该材料是纤维素的亲水表面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如植物油制成；可生物降解；毒性低，适于食品接触；可调整以降低基材的摩擦系数(如关于纸/纸板表面，处理不会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；可以或无需与特殊的乳化设备或乳化试剂(如糖脂肪酸酯)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。然而，如上所述，在一些实施方案中，本文公开的制品可包含最高达100％的这类物质。
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，并可指离子、疏水、范德华相互作用，或共价键，或其组合。
如本文所用，“纤维素(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)或膜或长丝，所述材料可用于制备所述物体或膜或长丝，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——为纤维素的。
如本文所用，“涂布量”为施用到基材上的材料(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，如本文所述的包含甘油酯和/或脂肪酸盐的制剂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产品中存在的油脂/油进入褶皱。这种“油脂折痕效应”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收。
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，“疏水物”意指不吸水的物质。例如，蜡、松香、树脂、糖脂肪酸酯、脂肪酸盐、具有长脂肪酸链的甘油酯；甘油二酯、甘油三酯、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，“耐脂质性”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、TAPPI T559试剂盒测试或Cobb油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、用于食品储存的纸箱、羊皮纸、蛋糕板、屠夫纸、用于压敏粘合剂的离型纸/衬垫、用于食品储存的袋、购物袋、装运袋、咸肉衬板、隔绝材料、茶包、用于咖啡或茶的容器、堆肥袋、餐食用具、用于盛放热或冷饮料的容器、杯、盖、盘、充碳酸气液体的储存瓶、礼品卡、非充碳酸气液体的储存瓶、用于包装食品的膜、垃圾处理容器、食品处理工具、织物纤维(例如棉或棉混纺)、储存和运输水的工具、酒精或非酒精饮料、用于电子产品的外壳或屏幕、家具内部或外部的零件、窗帘和室内装饰品。
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)(例如压敏粘合剂)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(Dyne Testing)，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，关于涂料和/或甘油酯/FAS共混物的“可释放”是指甘油酯和脂肪酸盐的涂料在涂覆后，可从基材(例如基于纤维素的材料)上去除(例如，通过控制物理性质可去除)。如本文所用，关于涂料和/或甘油酯/FAS共混物的“不可释放”是指涂料在涂覆后，基本上不可逆地结合到基材(例如基于纤维素的材料)上，例如通过化学方法。
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甘油酯/FAS共混物作为独立的实体，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-甘油酯/脂肪酸盐或纤维素纤维-甘油酯/脂肪酸盐或纳米纤维素-甘油酯/脂肪酸盐或微纤化纤维素-甘油酯/脂肪酸盐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 530Hercules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。它提供了墨水漂浮测试的灵敏度，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、箱纸板、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，以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10-150x10-11(cm2 ml 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(cm2 ml 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)以使所述材料适于再利用的材料。
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)。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 Precision Instruments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*Mh/M
其中Mh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，本文公开的甘油酯/FAS共混物(或包含所述酯的组合物)的HLB值可在较低的范围内。在一些实施方案中，本文公开的甘油酯/FAS共混物(或包含所述甘油酯/FAS共混物的组合物)的HLB值可在中等至较高的范围内。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，
Figure BDA0003998923290000181
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，/>
Figure BDA0003998923290000182
表示可从Procter&Gamble Chemicals获得的具有式Cn+12H2n+22O13的蔗糖脂肪酸酯，其中所有脂肪酸都是饱和的。上文所述和通过引证纳入本文的‘073申请的实施例使用SEFOSE作为用于赋予基材(包括纤维素材料)阻隔特性的SFAE。
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、豆类植物(legume)、山茶籽(camelinaseed)、芥菜籽及其组合。甘油酯和脂肪酸盐的脂肪酸链可以是油籽脂肪酸。
如本文所用，“湿强度”意指将纸保持在一起的纤维网(或其他三维的固体的基于纤维素的产品)在纸润湿时可以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，如本文所公开的甘油酯/FAS共混物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。
在一些实施方案中，本文所公开的方法可包括将甘油酯/FAS共混物结合到纤维素表面或使纤维素表面与含有所述甘油酯/FAS共混物(其作为可与纤维素表面结合的涂料试剂的载体)的乳液接触的步骤，其中所述方法包括使基于纤维素的材料与甘油酯/FAS共混物、乳液或两者接触。所述方法也可包括另外的结合步骤，其包含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甘油酯/FAS共混物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，甘油酯/FAS共混物和纤维素材料之间的结合反应可用基本上纯的甘油酯/FAS共混物进行，或可为乳液的一部分。在一方面，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)、小麦谷蛋白、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，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，其全文通过引证的方式纳入本文)，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/或醇溶蛋白而制成疏脂的。在一方面，醇溶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)、高粱醇溶蛋白(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。
在一些实施方案中，基材可以是由聚合物制成的合成膜或合成织造材料，所述聚合物例如但不限于聚乙烯、聚丙烯、PVC、聚碳酸酯、聚酯、PVDC、聚酰胺、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚羟基脂肪酸酯或1,4丁二醇。可将制剂施用至合成聚合物膜以赋予本文所述的效果。使用赋予所述效果的制剂避免了常规使用的氯氟烃和石油基化合物以提供一种或多种改善的耐油性和耐油脂性、耐水性以及气体和蒸气阻隔性。
使用合成聚合物膜作为基材可能需要在本文所述的基材和涂层之间使用另外的粘合剂组分或粘合剂层以将涂层粘合至基材。用于该粘合剂组分或粘合剂层的示例性材料可包括例如聚乙烯醇、胶乳或其共混物。
适用于在本文公开的甘油酯/FAS共混物中使用的甘油酯和脂肪酸盐是本领域所熟知的并且没有特别的限制。本领域技术人员从整个公开内容及其实施例显而易见的是，它们可以根据最终产物所需的一种或多种性质而变化。
本文所用的术语“甘油酯”具有其普通含义，是指酰基甘油，其是由甘油和脂肪酸形成的酯。甘油具有三个羟基官能团，其可以用一个、两个或三个脂肪酸酯化以形成甘油单酯、甘油二酯和甘油三酯。这些结构可以在它们的脂族链中变化，因为它们可以含有不同的碳数，不同的不饱和度和不同的烯烃构型和位置。
甘油酯可用基本上纯的脂肪酸通过已知的酯化方法进行酯化而获得。甘油酯也可通过已知的萃取方法由植物油和动物脂肪萃取。
如本文使用的术语“脂肪酸”具有其常规含义并且是指具有脂族链的羧酸，其可以是饱和的或不饱和的。如本文所使用的术语脂肪酸可是指与甘油酯的甘油残基连接的脂肪酸基团。
甘油酯的脂肪酸基团可以是任何已知的脂肪酸。在优选的实施方案中，已知脂肪酸存在于食品中，是可食用的，和/或被FDA批准。在一些实施方案中，脂肪酸获自油料种子。在其它实施方案中，脂肪酸获自天然可食用脂肪和油的其它来源。
甘油酯的脂肪酸可独立地选自一种或多种饱和脂肪酸、一种或多种单不饱和脂肪酸和/或一种或多种多不饱和脂肪酸。独立地，这意味着例如甘油三酯可以包含连接至甘油残基的三个不同的脂肪酸基团。
用于本文公开的制剂/组合物中的示例性饱和脂肪酸可选自丁酸(butanoicacid)、己酸(hexanoic acid)、辛酸(octanoic acid)、癸酸(decanoic acid)、月桂酸(十二烷酸)、肉豆蔻酸(十四烷酸)、棕榈酸(十六烷酸)、硬脂酸(十八烷酸)、花生酸(二十烷酸)、山萮酸(二十二烷酸)或木蜡酸(二十四烷酸)。
用于本文公开的制剂/组合物中的示例性单不饱和脂肪酸可以选自癸烯酸(癸-9-烯酸)、月桂烯酸((Z)-十二碳-9-烯酸)、肉豆蔻烯酸((Z)-十四碳-9-烯酸)、棕榈油酸((Z)-十六碳-9-烯酸)、油酸((Z)-十八碳-9-烯酸)、反油酸((E)-十八碳-9-烯酸)、异油酸((E)-十八碳-11-烯酸)、鳕油酸((Z)-二十碳-9-烯酸)、芥酸((Z)-二十二碳-13-烯酸)、巴西烯酸((E)-二十二碳-13-烯酸)或神经酸((Z)-二十四碳-15-烯酸)。
用于本文公开的制剂/组合物中的示例性多不饱和脂肪酸可以选自亚油酸(LA)((9Z,12Z)-十八碳-9,12-二烯酸)、α-亚麻酸(ALA)((9Z,12Z,15Z)-十八碳-9,12,15-三烯酸)、γ-亚麻酸(GLA)((6Z,9Z,12Z)-十八碳-6,9,12-三烯酸)、十八碳三烯酸((5E,9E,12E)-十八碳-5,9,12-三烯酸)、十八碳四烯酸((6Z,9Z,12Z,15Z)-十八碳-6,9,12,15-四烯酸)、米德酸((5Z,8Z,11Z)-二十碳-5,8,11-三烯酸)、二高-γ-亚麻酸(DGLA)((8Z,11Z,14Z)-二十碳-8,11,14-三烯酸)、二十碳四烯酸((5Z,8Z,11Z,14Z)-二十碳-5,8,11,14-四烯酸)、二十碳五烯酸(EPA)((5Z,8Z,11Z,14Z,17Z)-二十碳-5,8,11,14,17-五烯酸)、二十二碳五烯酸(DPA)((7Z,10Z,13Z,16Z,19Z)-二十二碳-7,10,13,16,19-五烯酸)、二十二碳六烯酸(DHA)((4Z,7Z,10Z,13Z,16Z,19Z)-二十二碳-4,7,10,13,16,19-六烯酸)。
在一些实施方案中，一种或多种甘油酯可包括一种或多种甘油单酯、一种或多种甘油二酯和/或一种或多种甘油三酯的共混物。关于此，甘油单酯、甘油二酯和甘油三酯可以任意重量比进行共混。即，甘油单酯、甘油二酯或甘油三酯中的任一种可以是按重量计的制剂的主要甘油酯组分(即，大于50重量％，甘油酯的总重量为100重量％)。在其它实施方案中，制剂不包括甘油单酯；不包括甘油二酯；或不包括甘油三酯。
在一些实施方案中，甘油酯可包括一种或多种水不溶性甘油酯(例如，如上所述，甘油三酯通常是强非极性和疏水性的)和一种或多种水溶性甘油酯(以0.1:99.9至99.9:0.1的任意重量比)的结合物；或仅是不溶性甘油酯；或仅是不溶性甘油酯。甘油酯的溶解度可通过例如其HLB值测定。
本领域的技术人员应当理解，一种或多种甘油酯的HLB值可通过改变上文所述的甘油酯的一种或多种参数进行选择。关于此，当使用多种甘油酯时，每种甘油酯可以选择具有相似或不同的HLB值(例如，较低范围与较高范围组合使用)。
本文所用的术语“脂肪酸盐”具有其常规含义并且是指上文公开的脂肪酸的任意一种或多种的盐。脂肪酸盐的示例性阳离子包括但不限于钙盐、钾盐和钠盐。脂肪酸盐可通过已知的方法合成或通过已知的方法由植物油或动物脂肪萃取。一种示例性的方法包括将氢氧化钠加入见于动物脂肪或植物油(例如来自油料种子)中的脂肪酸。例如，棕榈酸钠可以获自棕榈油。
在一些实施方案中，甘油酯/FAS共混物可包含仅一种或多种甘油酯，可包含仅一种或多种脂肪酸盐，或可同时包含一种或多种甘油酯和一种或多种脂肪酸盐。当甘油酯/FAS共混物同时包含一种或多种甘油酯和一种或多种脂肪酸盐时，甘油酯与脂肪酸盐的重量比可为约0.1:99.9至约99:0.1、约10:90至约90:10、约20:80至约80:20、约35:65至约65:35、约40:60至约60:40、约45:55至约55:45或约50:50。
不囿于任何理论，甘油酯/FAS共混物和基于纤维素的材料之间的相互作用可为离子、疏水、范德华相互作用或共价键合或其组合。在一个相关方面，甘油酯/FAS共混物与基于纤维素的材料的结合基本上是不可逆的(例如，使用包含饱和及不饱和脂肪酸的组合的甘油酯或脂肪酸盐)。
在一些实施方案中，在不存在任何次级疏水物的情况下，通过甘油酯/FAS共混物赋予基材疏水阻隔特性。
此外，在足够的浓度下，仅甘油酯/FAS共混物的结合足以使接触的基材疏水：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甘油酯/脂肪酸盐结合而实现。
本文公开的一个优点是多个脂肪酸链可与纤维素反应。这足以得到交联的网络，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。如本文所公开的甘油酯和脂肪酸盐还产生/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。
饱和甘油酯和脂肪酸盐在标称加工温度下通常为固体，而不饱和甘油酯和脂肪酸盐通常为液体。这使得饱和甘油酯和脂肪酸盐在水性涂料中形成均匀的稳定分散体而不会与其他涂料组分(其通常为亲水性的)显著地发生相互作用或不相容。此外，这种分散体允许制备高浓度的饱和甘油酯和脂肪酸盐，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。当饱和甘油酯和脂肪酸盐的颗粒在涂层加热、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，用于赋予疏水性的甘油酯/FAS共混物的量取决于基材的形式(例如，基于纤维素的材料的形式)和接触基材的表面的方法。在一个方面，当甘油酯/FAS共混物以涂层的形式粘结在基于纤维素的材料上时，甘油酯/FAS共混物在基于纤维素的材料的表面上以至少约0.05g/m2至约1.0g/m2、约1.0g/m2至约2.0g/m2、约2g/m2至约3g/m2的涂布量存在。在一个相关的方面，其可以约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。在另一方面，当基于纤维素的材料为包含纤维素纤维的溶液时，甘油酯/FAS共混物以至少约0.025％(重量/重量)的浓度存在，基于存在的全部纤维计。在一个相关方面，其可以约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，基于存在的全部纤维计。在另一相关方面，甘油酯/FAS共混物的量可等于存在的纤维的量。在一些实施方案中，甘油酯/FAS共混物可涂敷在基于纤维素的材料的全部外表面(例如，涂敷整张纸或含纤维素的制品)。
在其他实施方案中，涂层可包含约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％的甘油酯/FAS共混物，基于涂层的重量计(重量/重量)。
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，将甘油酯/FAS共混物与聚乙烯醇(PvOH)混合以制备用于防水涂料的施胶剂。已经证明了甘油盐和脂肪酸盐与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、尤其是热水不太耐受。在一些方面，PvOH的使用有助于将甘油酯和脂肪酸盐乳化到水性涂料中。在一个方面，PvOH为甘油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。对于在甘油残基上具有游离羟基的甘油单酯和甘油二酯，还可使用交联剂，例如二醛(例如乙二醛、戊二醛等)。
在其他方面，甘油酯/FAS共混物的作用可通过加入一种或多种糖脂肪酸酯(SFAE)进行增强。如本文所公开，所有糖(包括单糖、二糖和三糖)的脂肪酸酯适于与本文公开的该方面(其包括使用乳化剂)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。
尽管不囿于任何理论，糖脂肪酸酯和基于纤维素的材料之间的相互作用可为离子、疏水、范德华相互作用或共价键合或其组合。在一个相关方面，糖脂肪酸酯与基于纤维素的材料的结合基本上是不可逆的(例如，使用包含饱和和不饱和脂肪酸的组合的SFAE)。
另外使用糖脂肪酸酯的优点是它们还含有可与纤维素反应的多个脂肪酸链。此外，例如所公开的糖脂肪酸酯的结构中的两个糖分子产生刚性交联网络，使得纤维网的强度提高，所述纤维网为例如纸、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可产生/增加湿强度(特别是当与甘油酯/FAS共混物结合使用时)，当使用许多其他耐水化学品时不具备这种性质。
另外使用糖脂肪酸酯的另一优点是它们可限制纤维素纤维之间的氢键合，增加了它们之间的空间，从而增加体积而不显著增加重量。
当在实施方案中使用时，糖脂肪酸酯可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在本文公开的宽范围内使用。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，在本文公开中使用的二糖酯可具有‘073出版物中的式I的结构，其通过引证的方式纳入本文。
适用于糖脂肪酸酯的合适的二糖还可包括木糖、葡萄糖、棉子糖、麦芽葡萄糖、半乳糖、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、海藻酮糖、纤维二糖、昆布二糖、壳二糖及其组合。
在其他实施方案中，可使用由‘073出版物公开的淀粉脂肪酸酯，其中淀粉可衍生自任何合适的来源，例如马齿玉米淀粉、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。
为了在本文公开的组合物中使用，糖脂肪酸酯化合物可具有高的取代度。在一些实施方案中，糖脂肪酸酯为蔗糖多大豆油酸酯。
Figure BDA0003998923290000261
当在本文公开中使用时，糖脂肪酸酯可以‘073出版物中公开的方式进行制备。例如，糖脂肪酸酯可通过已知的酯化方法用基本上纯的脂肪酸进行酯化而制备。它们还可通过使用以衍生自例如天然来源(例如，萃取自油料种子(例如大豆油)的油中发现的那些)的脂肪酸甘油酯形式的糖和脂肪酸酯进行酯交换来制备。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，以及国际出版物WO1992004361中，其全文通过引证的方式纳入本文。
在实施方案中，糖脂肪酸酯可以以不同浓度与甘油酯/FAS共混物结合存在以赋予疏水性，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布量存在：至少约0.05g/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以至少约0.025％(重量/重量)的浓度存在，基于存在的全部纤维计。在一个相关方面，其可以以约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，基于存在的全部纤维计。在另一个相关方面，SFAE的量可等于存在的纤维的量。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的制品)。
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，所述SFAE在制剂中可以5％(重量/重量)至25％(重量/重量)的浓度存在，基于溶液中存在的全部纤维素纤维计，以提供下面讨论的与热成型方法有关的附加性能。
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、装运袋、咸肉衬板、茶包、隔绝材料、用于咖啡或茶的容器、管和输水管道、食品级一次性餐具、盘和瓶、用于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，如避孕用具、药物递送装置、用于药物材料(如丸剂、片剂、栓剂、凝胶剂等)的容器等。此外，所公开的涂层技术可用于家具和室内装饰品、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至约7、约7至约9。
在实施方案中，公开了一种用于处理含纤维素的(纤维素)材料的表面的方法，包括将包含链烷酸衍生物的组合物施用至表面，所述链烷酸衍生物具有式(II)或(III)：
R-CO-X式(II)
X-CO-R-CO-X1式(III)，
其中R为具有6至50个碳原子的直链、支链或环状脂族烃基，并且其中X和X1独立地为Cl、Br、R-CO-O-R或O(CO)OR，其中当链烷酸衍生物包含式(III)时，X或X1为相同或不同，其中本文所公开的甘油酯/FAS共混物为载体，并且其中所述方法不需要有机碱、气态HCl、VOC或催化剂。
在实施方案中，将链烷酸衍生物与甘油酯和/或脂肪酸盐混合以形成乳液，其中乳液用于处理基于纤维素的材料。
在实施方案中，糖脂肪酸酯(SFAE)可用作乳化试剂且可包含一种或多种单酯、二酯、三酯、四酯、五酯、六酯、七酯或八酯的混合物。在另一方面，糖脂肪酸酯的脂肪酸部分可包含饱和基团、不饱和基团或其组合。在一方面，包含糖脂肪酸酯的乳液也可包含蛋白质、多糖和/或脂质，包括但不限于乳蛋白(例如酪蛋白、乳清蛋白等)、小麦谷蛋白、明胶、醇溶蛋白(例如玉米醇溶蛋白)、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、蜡及其组合。
在实施方案中，本文公开的糖脂肪酸酯(SFAE)乳化剂可用于携带用于造纸的涂料或其它化学品，包括但不限于甘油酯/FAS共混物、纤滑石、酯、二酯、醚、酮、酰胺、腈、芳族化合物(例如二甲苯、甲苯)、酰卤、酸酐、滑石、烷基烯酮二聚体(AKD)、雪花石膏、海藻酸、明矾、白垩(albarine)、胶水、碳酸钡、硫酸钡、二氧化氯、粘土、白云石、二亚乙基三胺五乙酸盐、EDTA、酶、甲脒硫酸、瓜尔胶、石膏、石灰、硫酸氢镁、石灰乳、氧化镁乳、聚乙烯醇(PvOH)、松香、松香皂、缎子(satin)、皂/脂肪酸、硫酸氢钠、苏打灰、二氧化钛、表面活性剂、淀粉、改性淀粉、烃树脂、聚合物、蜡、多糖、蛋白质及其组合。
在一些实施方案中，本文公开的方法中使用的制剂包括一种或多种带电聚合物以帮助一种或多种甘油酯和/或一种或多种脂肪酸盐保留在基材上。如上所述，带电聚合物被认为有助于通过排列甘油酯/FAS共混物的脂肪酸基团来赋予效果(例如，阻隔特性，包括耐油性和耐油脂性以及耐水性)。当制剂另外包括一种或多种糖脂肪酸酯(SFAE)时，还认为助留剂促进SFAE的脂肪酸基团的排列以有助于赋予效果。
一种或多种带电聚合物可包含一种或多种阳离子聚合物、阴离子聚合物、非离子聚合物和/或两性离子聚合物。在一些实施方案中，制剂中阳离子聚合物的浓度为约0.01重量％至约5重量％，约0.01重量％至约3重量％，0.05重量％至约0.1重量％，或约0.1重量％至约1重量％，或约1重量％至约3重量％，制剂的总重量为100％。在一些方面，制剂中阳离子聚合物与甘油酯/FAS共混物的重量比为约0.1:99.9至约20:80，0.5:99.5至约15:85，约1:99至约10:90，或约2.5:97.5至约7.5:92.5。
在其他实施方案中，制剂中阳离子聚合物与甘油酯/FAS共混物和糖脂肪酸酯(SFAE)的总量的重量比(制剂:(共混物+SFAE))为约0.1:99.9至约20:80，0.5:99.5至约15:85，约1:99至约10:90，或约2.5:97.5至约7.5:92.5。
在一些实施方案中，带电聚合物的重均分子量为500,000至10,000,000。在一些实施方案中，重均MW为500,000至1,000,000，1,000,001至2,000,000，2,000,001至3,000,000等。在一些实施方案中，所述带电聚合物为两种具有不同重均MW的聚合物的结合物以实现双峰型共混物。
用作助留剂的示例性阳离子聚合物包括但不限于聚丙烯酰胺(例如聚DADMAC(聚二烯丙基二甲基氯化铵))、聚(乙烯亚胺)(PEI)、聚-1-(赖氨酸)(PLL)、聚[甲基丙烯酸2-(N,N-二甲基氨基)乙酯](PDMAEMA)和壳聚糖。
在实施方案中，通过本文公开的方法产生的涂层材料(例如含纤维素的材料)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脂性或耐油脂性。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)和疏脂的(耐油脂的)。
在实施方案中，经处理的基材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(其全文通过引证的方式纳入本文)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，原纸与如上所述的甘油酯/FAS共混物制剂接触。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(即，Gurley气阻(秒/100立方厘米，20盎司气缸))，或至少约100、至少约200至约350的Gurley值。在一个方面，甘油酯/FAS共混物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料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，甘油酯/FAS共混物可配制成乳液，其中乳化试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，将所述乳液用于本文公开的方法中。在一个方面，乳化试剂可包括但不限于水、缓冲剂、糖脂肪酸酯、聚乙烯醇(PvOH)、羧甲基纤维素(CMC)、乳蛋白、小麦谷蛋白、明胶、醇溶蛋白、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、单甘油、二甘油、磷酸一钠、单硬脂酸酯、丙二醇、去污剂、鲸蜡醇、甘油酯、(饱和)((多)不饱和)脂肪酸甲酯(如硬脂酸甲酯、棕榈酸甲酯、棕榈油酸甲酯(顺式-9))及其组合。在另一个方面，甘油酯/FAS共混物与一种或多种乳化试剂的重量比为约0.1:99.9至约99.0:0.1，约10:90至约90:10，约20:80至80:20，约35:65至65:35，约40:60至约60:40，或约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一种或多种性能而变化。
在实施方案中，甘油酯/FAS共混物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、酪蛋白)和添加剂(例如乙二醛、乙二醛化树脂、锆盐、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能，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一种或多种特性而变化。
在实施方案中，采用包含甘油酯/FAS共混物的制剂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、PLA-层、PEI-层等)的成本。在一个方面，材料可涂覆在甘油酯和/或脂肪酸盐层的顶部(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。
在其他实施方案中，采用包含甘油酯/FAS共混物的制剂的方法可用于降低‘073出版物所公开的涂料组合物的成本。例如，通过使用甘油酯/FAS共混物，可降低SFAE的量，同时提供表现出所需特性(例如耐水性、耐油性和耐油脂性、表面能低等)的材料。
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，经处理的基材(如基于纤维素的材料)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。
基材(其可在施用之前干燥(例如，在约80-150℃下))可通过例如浸渍并使得表面暴露于组合物少于1秒，以用包含甘油酯/FAE共混物的改性制剂处理。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 inHandbook for Pulp&Paper Technologists,(2016),第四版,第18章,第293-309页,TAPPI出版社,Peachtree Corners,GA USA，其全文通过引证的方式纳入本文)。
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，包括但不限于膜、刚性容器、纤维、浆料、织物等。在一个方面，甘油酯/FAE共混物或其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、短驻留涂布机、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，本文的方法中处理的纤维素可为纸、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。
此外，如本文公开的经改性的纤维和基于纤维素的材料可以进行再浆化。进一步地，例如，水不能容易地“推动”通过低表面能阻挡层进入片材。
在实施方案中，施用的包含甘油酯/FAE共混物的制剂的量足以完全覆盖基材的至少一面，例如含纤维素的材料的至少一个表面。例如，在实施方案中，甘油酯/FAE共混物涂料可施用至容器的整个外表面、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甘油酯/FAE共混物涂层覆盖，或膜的整个下表面可被甘油酯/FAE共混物涂层覆盖，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/仪器的外表面可被甘油酯/FAE共混物涂层覆盖，或其组合。
在实施方案中，所施用的甘油酯/FAE共混物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，仅暴露于环境大气的那些表面被甘油酯/FAE共混物涂层覆盖，或仅未暴露于环境大气的那些表面被甘油酯/FAE共混物涂层覆盖(例如，掩蔽)。如对本领域技术人员显而易见的是，所施用的甘油酯/FAE共混物涂料的量可取决于待覆盖的材料的用途。在一个方面，一个表面可涂覆甘油酯/FAE共混物，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，可将甘油酯/FAE共混物添加到配料中，并且可为幅材(web)上的所得材料提供额外的甘油酯/脂肪酸盐涂层。
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甘油酯/FAE共混物涂料和/或乳液。在实施方案中，甘油酯/FAE共混物涂覆工艺包括浸渍、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，通过增加甘油酯/FAE共混物的浓度，本文公开的组合物可更广泛地与被处理的基材(如纤维素)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”以精确调节甘油酯/FAS共混物的量以满足特定应用。
对于本领域技术人员显而易见的是，在本文详细描述的任何特定范围或组成之外，待处理的纤维素、甘油酯/FAE共混物、反应温度和暴露时间的选择是可通过常规实验优化的工艺参数，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)的渗透性也可通过甘油酯/FAS共混物涂覆工艺改变。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。
适合通过本文公开的方法处理的纤维素类材料包括但不限于棉纤维、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，相对新的材料微纤化纤维素(纤维素纳米纤维)(参见例如美国专利号4,374,702和美国专利申请公开号2015/0167243和2009/0221812，其全文通过引证的方式纳入本文)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文公开的范围内，包括可回收和可堆肥的产品。
在本文公开的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、管和输水管道、食品级一次性餐具、盘和瓶、用于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，如避孕用具、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饰品、户外露营设备等。
实施例
在下文中，尽管本文公开的实施方案通过实施例的方式进行了进一步详细地描述，但本文公开的内容不限于此。
实施例1.甘油酯/FAS制剂
制备具有下表1中所列的组成的制剂，并涂覆在由美国缅因州奥罗诺的缅因大学工艺开发中心(the University of Maine Process Development Center)获得的漂白的轻质(40#)纸上，涂布量列于下表2。
使用30秒Cobb测试(改编自Tappi标准测试方法T 441om-20“纸张吸水性”)和3MKIT测试(Tappi标准测试方法T 559“耐油脂性”)来测量经涂覆的纸的耐油性。使用120秒Cobb测试(改编自Tappi标准测试方法T 441om-20“纸张吸水性”)测量耐水性。这些试验的结果见于下表2。
对于30秒Cobb测试，将少量体积(2cc)植物油快速倒入压在涂布纸上的直径为1英寸的环中。测量接触30秒后的吸油量的毫克数。结果以gsm报告。
对于用于测定耐水性的120秒Cobb测试，将少量体积(2cc)的水快速倒入压在涂布纸上的直径为1英寸的环中，并测量接触120秒后的水吸收的毫克数。结果以gsm报告。
表1.SFAE和甘油酯制剂
Figure BDA0003998923290000351
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Figure BDA0003998923290000361
表2.甘油酯和SFAE的相对性能
Figure BDA0003998923290000362
表2中的结果表明，本文公开的方法中可使用基本上由甘油酯组成的制剂和基本上由脂肪酸盐组成的制剂以赋予基材(在这里为纤维素纤维)耐油性和耐水性。
此外，使用基本上与测试1-2至1-5相同的涂层重量，测试1-7显示出优异的耐油性和优异的耐水性的组合。出乎意料地，基本上由水不溶性(非极性、疏水的)甘油酯组成的制剂将提供这两种特性。
观察到大部分甘油酯在热水中相当不溶。增加或延长加热程度和使用搅拌没有改善溶解度；相反，它仅增加了甘油酯将凝固和漂浮的可能性。认为糖脂肪酸酯可以有利地用作本文公开的制剂中的乳化试剂来乳化甘油酯。当然，糖脂肪酸酯的使用也将该效果赋予经处理的纤维，如使用上述测试1-5中的蔗糖酯所示和如‘073出版物中所述。
实施例2.使用可模塑组合物的热成型方法
对于样品2-1，使用由Stora Enso获得的BCTMP(漂白化学热磨机械浆(BleachedChemi-ThermoMechanical Pulp))制备3克手抄纸。以与实施例1相同的方式在所获得的手抄纸上测量120秒油Cobb测试和120秒水Cobb测试，结果在下表3中。
对于样品2-2，以与样品2-1相同的方式制备3克手抄纸，不同之处在于，还将实施例1中使用的由HANGZHOU UNION BIOTECHNOLOGY CO.,LTD获得的相同SE-15制剂，与作为助留剂的聚DADMAC(ParaformTM289，由Paradigm Chemical and Consulting,Ackworth,GA.USA获得)一起直接加入手抄纸模具中的配料中(即将制剂加入湿部)。加入SE-15制剂的量使得配料包含约5重量％的SE-15，基于BCTMP的干纤维重量计。配料中聚DADMAC的含量为约0.3重量％，基于BCTMP的干纤维重量计。以与实施例1相同的方式在手抄纸上测试120秒油Cobb测试和120秒水Cobb测试，结果在下表3中。
对于样品2-3，以与样品2-2相同的方式制备3克手抄纸，不同之处在于，加入配料中的SE-15制剂的量增加至约13重量％，基于BCTMP的干纤维重量计，聚DADMAC的量增加至约1.3重量％，基于BCTMP的干纤维重量计。以与实施例1相同的方式在手抄纸上测试120秒油Cobb测试和120秒水Cobb测试，结果在下表3中。
将在样品2-3中获得的手抄纸加热至约250°F，此时形成的纤维手抄纸变得柔韧、可模塑和可成形。然后将加热的组合物手工形成小舟。在冷却至约68°F至72°F的环境温度后，手抄纸保持并维持舟形。以与实施例1相同的方式在冷却的模塑手抄纸上测量120秒油Cobb测试和120秒水Cobb测试，结果在下表3中。
表3.热成型结果
Figure BDA0003998923290000371
由实施例2的结果出乎意料地发现，使用相对高水平的含有糖脂肪酸酯、甘油酯和脂肪酸盐的SE-15制剂(占溶液中存在的全部纤维素纤维的约10至15％(重量/重量))不仅提高了耐油性和耐水性性能，而且还为所形成的纤维纸浆提供了柔性以在加入足够的热量的情况下“熔融并模塑”成干制品。从进一步的测试中发现，通过将固体成形制品加热至高于约150°F，特别是高于250°F的温度，固体成形制品变成柔性的并且能够成形，即使不添加水。此外，再次冷却后，保持了耐水性和耐油脂性，如表3所示。
虽然已经示出和描述了应用于其优选和示例性实施方案的本文公开的基本新颖特征，但是应当理解，本领域技术人员可以在不脱离本公开内容的精神的情况下对本公开内容的形式和细节进行省略、替换和改变。此外，显而易见的，本领域技术人员可以容易地想到许多修改和改变。例如，一个或多个实施方案中的任何一种或多种特征都可以应用并与一个或多个其它实施方案组合。因此，不希望将本公开内容限制于所示和描述的确切结构和操作，并且因此，所有合适的等效修改都可以被诉诸于落入所要求保护的本公开内容的范围内。换言之，尽管已经参考上述实施例描述了本公开内容的实施方案，但应理解，修改和变化包含在本公开内容的精神和范围内。因此，本发明仅由所附权利要求限定。
本文公开的所有参考的全文在此均通过引证的方式纳入本文。

Claims (62)

1.一种赋予基材疏水和/或疏脂阻隔特性的方法，所述方法包括：
制备用于赋予基材疏水和/或疏脂阻隔特性的制剂，所述制剂包括一种或多种甘油酯和/或一种或多种脂肪酸盐的共混物；以及
将基材的表面与制剂接触以赋予所述基材疏水和/或疏脂阻隔特性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述基材为纤维素材料或合成聚合物材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述基材为天然或合成织物材料。
4.根据权利要求1所述的方法，其中接触步骤包括形成制剂与纤维素纤维的溶液。
5.根据权利要求4所述的方法，其中一种或多种甘油酯和/或一种或多种脂肪酸盐的共混物在溶液中以至少0.025％(重量/重量)的总浓度存在，基于溶液中存在的全部纤维素纤维计。
6.根据权利要求4所述的方法，其还包括使用溶液形成固体制品，所述固体制品具有疏水和/或疏脂阻隔特性。
7.根据权利要求6所述的方法，其中形成的制品选自纸、纸板、咸肉衬板、隔绝材料、用于食品存储的纸箱、堆肥袋、用于食品存储的袋、离型纸、装运袋、杂草封盖/屏障织物或膜、地膜、种植盆、填充珠粒、气泡包装、层压板、信封、礼品卡、信用卡、手套、雨衣、OGR纸、购物袋、尿布、隔膜、餐食用具、茶袋、用于咖啡或茶的容器、用于盛放热或冷饮料的容器、杯、盘、充碳酸气液体的储存瓶、非充碳酸气液体的储存瓶、盖、用于包装食品的膜、垃圾处理容器、食品处理工具、织物纤维、储存和运输水的工具、储存和运输酒精或非酒精饮料的工具、用于电子产品的外壳或屏幕、家具内部或外部的零件、窗帘、室内装饰品、织物、膜、盒、片材、托盘、管、输水管道、服装、医疗器械、医药包装、避孕用具、露营设备、模制的纤维质材料及其组合。
8.根据权利要求1所述的方法，其中接触步骤包括用制剂涂覆基材的表面。
9.根据权利要求8所述的方法，其中一种或多种甘油酯和/或一种或多种脂肪酸盐的共混物以至少0.05g/m2的重量存在于基材的表面上。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述基材为选自以下的制品的表面：纸、纸板、咸肉衬板、隔绝材料、纸浆、用于食品存储的纸箱、堆肥袋、用于食品存储的袋、离型纸、装运袋、杂草封盖/屏障织物或膜、地膜、种植盆、填充珠粒、气泡包装、吸油材料、层压板、信封、礼品卡、信用卡、手套、雨衣、OGR纸、购物袋、尿布、隔膜、餐食用具、茶袋、用于咖啡或茶的容器、用于盛放热或冷饮料的容器、杯、盘、充碳酸气液体的储存瓶、非充碳酸气液体的储存瓶、盖、用于包装食品的膜、垃圾处理容器、食品处理工具、织物纤维、储存和运输水的工具、储存和运输酒精或非酒精饮料的工具、用于电子产品的外壳或屏幕、家具内部或外部的零件、窗帘、室内装饰品、织物、膜、盒、片材、托盘、管、输水管道、服装、医疗器械、医药包装、避孕用具、露营设备、模制的纤维质材料及其组合。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种甘油酯和/或一种或多种脂肪酸盐的共混物由油料种子获得。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种甘油酯包含一种或多种甘油单酯、一种或多种甘油二酯和一种或多种甘油三酯。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种甘油酯包含三棕榈酸甘油酯和/或三硬脂酸甘油酯。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种甘油酯的脂肪酸烷基基团是不同的。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述一种或多种甘油酯包含具有不同碳原子数、不同不饱和度和/或不同烯烃构型和位置的脂肪酸烷基基团。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种脂肪酸盐包含一种或多种钙盐、钾盐或钠盐。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种脂肪酸盐包含一种或多种由可食用脂肪和油获得的脂肪酸的钙盐、钾盐或钠盐。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种脂肪酸盐包含一种或多种由油料种子获得的脂肪酸的钙盐、钾盐或钠盐。
19.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种脂肪酸盐包含选自以下的一种或多种：油酸钠、硬脂酸钠、棕榈酸钠、油酸钙、硬脂酸钙和棕榈酸钙。
20.根据权利要求1所述的方法，其中在不存在任何次级疏水物的情况下，通过一种或多种甘油酯和/或一种或多种脂肪酸盐的共混物赋予基材疏水阻隔特性。
21.根据权利要求1所述的方法，其中所述制剂还包含一种或多种乳化试剂。
22.根据权利要求21所述的方法，其中一种或多种甘油酯和/或一种或多种脂肪酸盐的共混物与一种或多种乳化试剂的重量比为0.1:99.9至99.9:0.01。
23.根据权利要求1所述的方法，其中所述制剂还包含一种或多种糖脂肪酸酯。
24.根据权利要求1所述的方法，其中所述制剂还包含一种或多种糖脂肪酸酯，所述基材包含纤维素纤维，并且所述糖脂肪酸酯的浓度为10％(重量/重量)至25％(重量/重量)，基于制剂中存在的全部纤维素纤维计。
25.根据权利要求1所述的方法，其中所述制剂还包含一种或多种颜料。
26.根据权利要求24所述的方法，其中所述一种或多种颜料以约0.1重量％至约80重量％的浓度存在，基于制剂的总重量计，制剂的总重量为100重量％。
27.根据权利要求24所述的方法，其中所述一种或多种颜料选自粘土、碳酸钙、二氧化钛和塑料颜料。
28.根据权利要求24所述的方法，其中所述一种或多种颜料通过以下方式进行了预处理：将颜料与甘油酯、脂肪酸盐和/或糖脂肪酸酯接触足够长的时间以将甘油酯、脂肪酸和/或糖结合至颜料。
29.根据权利要求1所述的方法，其中所述制剂基本上由一种或多种甘油酯和/或一种或多种脂肪酸盐的共混物、一种或多种乳化试剂和水组成。
30.根据权利要求1所述的方法，其中所述制剂由一种或多种甘油酯和/或一种或多种脂肪酸盐的共混物、一种或多种乳化试剂和水组成。
31.根据权利要求1所述的方法，其中所述制剂还包含一种或多种带电聚合物。
32.根据权利要求30所述的方法，其中所述一种或多种带电聚合物包含一种或多种阳离子聚合物。
33.根据权利要求30所述的方法，其中所述阳离子聚合物的重均分子量为约500,000至10,000,000。
34.根据权利要求31所述的方法，其中制剂中阳离子聚合物与甘油酯/FAS共混物的重量比为约0.1:99.9至约20:80。
35.根据权利要求31所述的方法，其中制剂基本上由一种或多种甘油酯和/或一种或多种脂肪酸盐的共混物、一种或多种乳化试剂、一种或多种阳离子聚合物和水组成。
36.根据权利要求1所述的方法，其中所述制剂还包含一种或多种选自以下的粘合剂：淀粉、蛋白质、醇溶蛋白、聚合物、聚合物乳液、PvOH及其组合。
37.根据权利要求1所述的方法，其中被赋予疏水和/或疏脂阻隔特性的基材显示出约3至约12的3M油脂KIT测试值。
38.根据权利要求1所述的方法，其中被赋予疏水和/或疏脂阻隔特性的基材的表面显示出至少90°的水接触角。
39.根据权利要求1所述的方法，其中被赋予疏水和/或疏脂阻隔特性的基材的表面显示出至少65秒的HST值。
40.制品，其通过权利要求1所述的方法获得。
41.乳液，其包含：约0.01重量％至约80重量％的一种或多种乳化剂，约0.01重量％至约95重量％的一种或多种甘油酯和/或一种或多种脂肪酸盐的共混物，约0.01重量％至约95重量％的一种或多种糖脂肪酸酯，和余量的水。
42.根据权利要求40所述的乳液，其还包含约0.01重量％至约5重量％的阳离子聚合物。
43.可模塑组合物，其包含：约75重量％至约97重量％的纤维素纤维，和总共约2重量％至约25重量％的一种或多种甘油酯、一种或多种脂肪酸盐，和/或一种或多种糖脂肪酸酯(SFAE)。
44.根据权利要求42所述的可模塑组合物，其还包含一种或多种颜料。
45.根据权利要求42所述的可模塑组合物，其中所述可模塑组合物在加热至150°F或更高的温度时是柔性的且可模塑的。
46.根据权利要求42所述的可模塑组合物，其中所述可模塑组合物在加热至150°F或更高的温度并随后冷却至环境温度后具有疏水和/或疏脂阻隔特性。
47.根据权利要求42所述的可模塑组合物，其还包含约0.01重量％至约5重量％的阳离子聚合物。
48.一种热成型具有疏水和/或疏脂阻隔特性的模制品的方法，所述方法包括：
制备可模塑组合物，其包含：纤维素纤维以及一种或多种甘油酯、一种或多种脂肪酸盐和/或一种或多种糖脂肪酸酯的共混物；
将可模塑组合物加热至至少150°F的温度；和
将加热的可模塑组合物模塑成具有三维形状的模制品，
其中所述模制品具有疏水和/或疏脂阻隔特性。
49.根据权利要求47所述的方法，其中所述模制品在冷却至环境温度时保持其形状。
50.根据权利要求47所述的方法，其中所述可模塑组合物包含约75重量％至约97重量％的纤维素纤维和约2重量％至约25重量％的一种或多种甘油酯、一种或多种脂肪酸盐和/或一种或多种糖脂肪酸酯(SFAE)。
51.根据权利要求49所述的方法，其中所述可模塑组合物还包含约0.1重量％至约80重量％的一种或多种颜料，所述颜料和所述纤维素纤维的总重量为100重量％。
52.根据权利要求50所述的方法，其中所述一种或多种颜料选自粘土、碳酸钙、二氧化钛和塑料颜料。
53.根据权利要求50所述的方法，其中所述一种或多种颜料通过以下方式进行了预处理：将颜料与甘油酯、脂肪酸盐和/或糖脂肪酸酯接触足够长的时间以将甘油酯、脂肪酸和/或糖结合至颜料。
54.根据权利要求47所述的方法，其中所述可模塑组合物还包含一种或多种阳离子聚合物。
55.根据权利要求53所述的方法，其中所述阳离子聚合物的重均分子量为约500,000至10,000,000。
56.根据权利要求53所述的方法，其中所述阳离子的含量为约0.01重量％至5重量％，基于所述可模塑组合物中的全部纤维素纤维的干重计。
57.根据权利要求53所述的方法，其中制剂中阳离子聚合物与甘油酯、脂肪酸盐和糖脂肪酸酯的总重量的重量比为约0.1:99.9至约20:80。
58.根据权利要求47所述的方法，其中所述模制品在冷却至环境温度时保持其三维形状。
59.根据权利要求47所述的方法，其中所述模制品选自纸、纸板、咸肉衬板、隔绝材料、用于食品存储的纸箱、堆肥袋、用于食品存储的袋、离型纸、装运袋、杂草封盖/屏障织物或膜、地膜、种植盆、填充珠粒、气泡包装、层压板、信封、礼品卡、信用卡、手套、雨衣、OGR纸、购物袋、尿布、隔膜、餐食用具、茶袋、用于咖啡或茶的容器、用于盛放热或冷饮料的容器、杯、盘、充碳酸气液体的储存瓶、非充碳酸气液体的储存瓶、盖、用于包装食品的膜、垃圾处理容器、食品处理工具、织物纤维、储存和运输水的工具、储存和运输酒精或非酒精饮料的工具、用于电子产品的外壳或屏幕、家具内部或外部的零件、窗帘、室内装饰品、织物、膜、盒、片材、托盘、管、输水管道、服装、医疗器械、医药包装、避孕用具、露营设备、模制的纤维质材料及其组合。
60.根据权利要求47所述的方法，其中所述模制品的表面显示出约3至约12的3M油脂KIT测试值。
61.根据权利要求47所述的方法，其中所述模制品的表面显示出至少90°的水接触角。
62.根据权利要求47所述的方法，其中所述模制品的表面显示出至少65秒的HST值。
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