CN118302575A - 水不溶性高熔点糖脂肪酸酯(sfae) - Google Patents

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Abstract

公开了处理材料如基于纤维素的材料的方法以及通过该方法获得的产品，其通过使用含有水不溶性高熔点糖脂肪酸酯的基于生物的涂料和/或组合物，单独或组合地提供阻隔特性如耐水性和耐脂质性(OGR)，并且特别是在高温下。

Description

水不溶性高熔点糖脂肪酸酯(SFAE)
技术领域
本公开总体上涉及处理材料如基于纤维素的材料的方法以及通过所述方法获得的产品，其通过使用含有水不溶性高熔点糖脂肪酸酯(本文中被称为“特定SFAE”)的基于生物的涂料和/或组合物单独或组合地提供新的和/或改进的特性，如改进的阻隔特性如耐水性和耐脂质性(OGR)，并且特别是在高温下。
背景技术
纤维素材料在工业中具有广泛的应用，如填充剂、吸收剂和印刷组件。由于其高的热稳定性、良好的氧气阻隔功能和化学/机械弹性，它们的使用优于其他来源的材料(参见例如，Aulin等人,Cellulose(2010)17:559-574；通过引用整体并入本文)。与此密切相关的另一个事实是，这些材料一旦分散在环境中就完全可生物降解，并且它们通常被认为是无毒的。纤维素及其衍生物是如用于食品和一次性用品的包装的应用中环保解决方案的首选材料。
然而，纤维素的许多优点被所述材料的亲水性/亲油性所抵消，所述材料显示出对水/脂肪的高亲和力并易于水合(参见例如，Aulin等人,Langmuir(2009)25(13):7675-7685；通过引用整体并入本文)。虽然这对于如吸收剂和纸巾的应用是有益的，但当需要安全包装含水/含脂材料(例如，食品)时，这就成了一个问题。食物的长期储存，尤其是含有大量水和/或脂肪的现成食物的长期储存，在例如纤维素托盘中是有问题的，因为它们会首先变湿，然后最终失效。此外，由于所述材料的相对高孔隙率，可能需要多个涂层来抵消在纤维素表面上保持足够涂层的低效率，从而导致成本增加。
该问题在工业中通常通过用某种疏水性有机材料(如碳氟化合物、蜡和硅酮)涂布纤维素纤维来解决，这将物理地保护下面的亲水性纤维素免受内容物中的水/脂质的影响，包括防止纤维间隙中的芯吸、油脂流入折痕或允许附着材料的释放。例如，如PVC/PEI/PE和石蜡的材料通常用于此目的，并物理附着(即，喷涂或挤出)在待处理的表面上。
由于碳氟化合物能够降低制品的表面能，因此工业上多年来一直利用基于碳氟化合物化学的化合物来生产具有改善的抗油和油脂渗透性的制品。使用全氟烃的一个新出现的问题是它们在环境中具有显著的持久性。EPA和FDA最近开始审查这些化合物的来源、环境归宿和毒性。最近的一项研究报告称，从学龄儿童采集的血液样品中全氟辛烷磺酸的出现率非常高(>90％)。这些化合物的费用和潜在的环境责任驱使制造商寻找生产具有抗油和油脂渗透性的制品的替代方法。
虽然降低表面能提高了制品的抗渗透性，但降低表面能也有一些缺点。例如，用碳氟化合物处理的纺织织物将表现出良好的抗污性；然而，一旦被弄脏，则清洁组合物渗透并因此从织物上释放污垢的能力可能受到影响，这可能导致永久弄脏的织物使用寿命缩短。另一个实例是待随后印刷和/或涂布粘合剂的防油纸。在这种情况下，通过用碳氟化合物处理获得了必要的耐油脂性，但纸张的低表面能可能会引起与印刷油墨或粘合剂吸收性相关的问题，包括粘连、回陷斑点、粘合性差和套准。如果防油纸待用作在一面上涂有粘合剂的压敏标签，则低表面能可能会降低粘合强度。为了改善它们的可印刷性、可涂布性或粘合性，低表面能制品可以通过后成型工艺(如电晕放电、化学处理、火焰处理等)进行处理。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。
期望设计一种“绿色”的基于生物的涂料，所述涂料是疏水、疏脂和可堆肥的，包括原纸/膜，其将允许将涂料保持在所述纸的表面上并防止芯吸到纤维间隙中，或者以降低的成本减少材料对纤维素表面的粘附，而不牺牲生物降解性和/或可回收性。
另一个问题是合成膜，如塑料袋、塑料膜、塑料容器等通常是可渗透的，并且需要一个或多个涂层来实现耐油和耐油脂性和/或耐水性，和/或降低透气性。同样，基于氟碳化合物和/或石油的涂层通常用于为合成膜提供所期望的阻隔特性。
另一个问题是用于赋予疏水和/或疏脂阻隔特性的常规涂层(包括本文所述的碳氟化合物和石油化学涂层)，它们倾向于在涂布有所述材料的制品的褶皱、折痕等处表现不佳。具体地，所述制品通常在这些位置处具有较差的耐水性和/或耐油脂性。这种“油脂折痕效应”可以定义为通过折叠、挤压或压碎所述纸结构而产生的纸结构中油脂的吸附。解决油脂折痕效应的常规方法是向涂层中添加乳胶、丁二烯或类似树脂，以实现提高这些位置处的涂层覆盖率。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不如制品的平坦部分；这种常规的解决方案由于添加了树脂组分而增加了成本；并且这种常规的解决方案不完全是基于生物的的，因为胶乳和丁二烯可能是合成的和/或不容易回收。因此，存在改进具有复杂或简单形状的三维物体的阻隔特性的空间，所述复杂或简单形状具有褶皱、折痕等。
2020年8月4日授权的美国专利号10,730,959(下文中为“959专利”)(其通过引用整体并入本文)公开了用组合物处理基材(特别是纤维素材料)的可调方法，所述组合物提供了增强的疏水性和/或疏脂性而不牺牲其生物降解性。例如，959专利公开了将糖脂肪酸酯(或“SFAE”)结合在纤维素材料上，以提供展示出更高疏水性、疏脂性、阻隔功能和机械特性的经处理材料的方法。
2021年11月11日公布的美国专利申请公开号2021/0347999(下文中为“999公开”)(其通过引用整体并入本文)也公开了用组合物处理纤维素材料的可调方法，所述组合物提供增强的阻隔特性，如耐水性和/或耐OGR性，而不牺牲其生物降解性。例如，999公开披露了含有甘油酯和/或脂肪酸盐的共混物，任选地与SFAE一起的配制品，用于赋予纤维素材料耐水性和/或耐OGR性，或用于提供乳化剂的功能。
PCT/US2020/014923(下文中为“923申请”)(其通过引用整体并入本文)公开了用含有蔗糖脂肪酸酯的颗粒(载剂系统)处理纤维状纤维素材料的方法，所述方法允许表面改性，包括使这种表面耐水和/或耐油/耐油脂。如所公开的方法提供了将至少一种SFAE与聚合物(例如，胶乳)结合以形成胶束颗粒，并将此类颗粒施加到包括纤维状基于纤维素的材料(例如，纸浆)的基材上以形成尤其是模制产品。还公开了包含SFAE、胶乳和任选的矿物质或其他添加剂的组合的组合物。
US16/568,953(下文中为“953申请”)(其通过引用整体并入本文)公开了用包含醇溶谷蛋白和至少一种多元醇脂肪酸酯的阻隔涂层处理纤维素材料的可调方法，所述阻隔涂层为此类材料提供了增强的耐油和/或耐油脂性，而不牺牲其生物降解性。如所公开的方法提供了阻隔涂层在制品上的粘附，所述制品包括包含纤维素材料的制品和通过此类方法制备的制品。由此处理的材料展示出更高的疏脂性，并且可以用于期望这种特性的任何应用中。
US16/456,499(下文中为“499申请”)(其通过引用整体并入本文)公开了用包含至少两种多元醇和/或糖脂肪酸酯的阻隔涂层处理纤维素材料的可调方法，所述阻隔涂层为此类材料提供了增强的耐水、耐油和耐油脂性，而不牺牲其生物降解性。如所公开的方法提供了阻隔涂层在制品上的粘附，所述制品包括包含纤维素材料的制品和通过此类方法制备的制品。由此处理的材料可以展示出更高的疏水性和疏脂性，并且可以用于期望这种特性的任何应用中。
US16/456,433(下文中为“433申请”)(其通过引用整体并入本文)公开了用组合物处理纤维素材料的方法，所述组合物允许无机颗粒更多地保留在纤维素基材上。如所公开的方法提供了将SFAE与此类无机颗粒结合，并将此类结合物应用到纤维素材料上，以消除或减少造纸过程中填料的助留剂或粘结剂的使用。还公开了包含SFAE和无机颗粒的此类组合的组合物。
另一方面，诸位本发明人确定，当纤维素材料(其已经用基于常规SFAE的阻隔配制品进行了衍生化以改善阻隔特性)被相对热的材料接触时，可能发生迁移。例如，当经处理的纤维素材料是食品包装，且所述包装与具有相对较高温度的食品接触时，SFAE可能熔化并迁移到食品中或以其他方式重新定位，从而导致阻隔特性降低和可能的泄漏。
因此，仍然需要“绿色”的基于生物的配制品，其为基于纤维素的材料提供改善的阻隔特性，特别是在高温下。
此外，常规SFAE在水性介质中也是高度阴离子的，并且在水性浆料(其也是带阴离子电荷的)中从纤维素纤维的表面被排斥。这可能对于将SFAE保留在从浆料中排出纤维和SFAE而形成的纤维网或制品中提出了挑战。在这方面，常规的解决方案可以是使用助留剂，如带电聚合物。然而，这可能具有缺点，如期望“绿色”工艺，并且可能由于需要额外的步骤或材料而使工艺复杂化。
发明内容
基于诸位发明人的不懈努力，本公开提供了使用水不溶性和高熔点糖脂肪酸酯(下文中为“特定SFAE”)的阻隔配制品和方法，其可以赋予纤维素材料改善的耐水性和/或改善的耐油性和耐油脂性(OGR)，并在相对较高的温度下保持这种改善的阻隔特性。本公开还提供了用阻隔配制品处理或制备的制品和产品，所述制品具有改进的特性，包括但不限于耐水性和/或OGR。
在一些实施方式中，特定SFAE在25℃下不溶于水。
在一些实施方式中，特定SFAE具有高于100℃的熔点。在一些方面，特定SFAE的熔点可以是110℃或更高、120℃或更高、130℃或更高、140℃或更高、或150℃或更高。在一些实施方式中，SFAE具有低于250℃、低于225℃、低于200℃、低于175℃、或低于150℃的熔点。
被认为令人惊讶的是，例如，考虑到其溶解特性(也就是说，特定SFAE实质上是非极性和疏水性的，因此不溶于水)，特定SFAE可以提供OGR。也就是说，人们不会预期具有此类排斥脂质特性的材料。
此外，考虑到其相对较高的熔点，特定SFAE还可以解决食品包装中的迁移问题。也就是说，在某些食品相对较高的温度下，特定SFAE不可能融化。换句话说，特定SFAE增加了对热油渗透的抵抗力，这在热食品包装和再加热应用中是非常期望的。
还被认为令人惊讶的是，非成膜材料(如特定SFAE)可以用于提供耐水性和OGR。当然，这两种特性对于通常用于基于纤维素的材料的阻隔配制品，特别是用于意图接触食品的制品都是有益的。
在一些实施方式中，本公开提供了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/或疏脂阻隔特性的配制品，所述配制品包括有效量的赋予阻隔特性的特定SFAE；以及使基材表面与所述配制品接触，以赋予所述基材疏水和/或疏脂阻隔特性。
在一些实施方式中，所述方法包括预先确定包含在配制品中的特定SFAE的量的步骤。在一些方面，预先确定的步骤可以在制备配制品之前进行，或者可以在使基材表面与配制品接触之前进行。在一些方面，执行预先确定的步骤以实现所期望的效果。在一些方面，执行预先确定的步骤以实现所期望水平的耐水性和/或所期望水平的OGR。
在一些实施方式中，与配制品接触的基材是纤维素材料、合成聚合物材料或者天然或合成纺织材料。在一些实施方式中，纤维素材料可以是纤维素纤维、微纤维化纤维素(MFC)、纳米纤维化纤维素、纤维素纳米纤维(CNF)或纤维素纳米晶体。
在一些实施方式中，使基材与配制品接触的步骤包括形成配制品和纤维素纤维的浆料。这可以被称为湿部工艺(即，在从浆料中排出纤维之前；与涂布已经形成的制品的表面相反)。
在一些实施方式中，所述配制品可以呈乳液的形式。
在一些实施方式中，浆料中存在的特定SFAE的浓度为存在的总纤维素纤维的至少0.025％(wt/wt)。在相关方面，特定SFAE可以以存在的总纤维的约0.05％(wt/wt)至约0.1％(wt/wt)、约0.1％(wt/wt)至约0.5％(wt/wt)、约0.5％(wt/wt)至约1.0％(wt/wt)、约1.0％(wt/wt)至约2.0％(wt/wt)、约2.0％(wt/wt)至约3.0％(wt/wt)、约3.0％(wt/wt)至约4.0％(wt/wt)、约4.0％(wt/wt)至约5.0％(wt/wt)、约5.0％(wt/wt)至约10％(wt/wt)、或约10％(wt/wt)至约50％(wt/wt)存在。
在一些实施方式中，水溶性糖脂肪酸酯(下文中为“可溶性SFAE”)可以作为乳化器或乳化剂添加到浆料中，以促进水不溶性特定SFAE在水中的增溶或以其他方式分散。因此，可溶性SFAE在25℃下溶解于水中。可溶性SFAE可以是根据959专利制备的SFAE。可溶性SFAE在室温下可以是液体。
在一些方面，可溶性SFAE是蔗糖酯。
在一些方面，可溶性SFAE可以基本上由不饱和脂肪酸基团组成，或由其组成。
在一些方面，可溶性SFAE可以是单酯。在一些方面，可溶性SFAE可以含有大于50重量％、大于60wt％、大于70wt％、大于80wt％或大于90wt％的单酯。
在一些实施方式中，所述配制品可以是例如，基本上由特定SFAE和可溶性SFAE组成或由其组成的液体系统。也就是说，在一些方面，所述配制品可以是仅(或仅在物质上)含有特定SFAE和可溶性SFAE的液体。
在一些实施方式中，所述配制品可以含有特定SFAE和可溶性SFAE的水乳剂。
在一些方面，当可溶性SFAE作为特定SFAE的溶剂时，可以改善特定SFAE在整个纤维网或基材中的分布，从而提高产生阻隔特性的效率。
在一些实施方式中，所述配制品可以含有特定SFAE和有机溶剂。
在一些实施方式中，使用所述浆料形成的制品具有疏水和/或疏脂阻隔特性。由所述溶液形成的制品可以包括纸张、纸板、熏肉板、绝缘材料、用于储存食物的纸盒、堆肥袋、用于储存食物的袋子、离型纸(如用于粘合剂如压敏粘合剂)、运输袋、杂草阻挡/阻隔织物或膜、地膜、植物盆、包装珠、气泡布、层压材料、信封、礼品卡、信用卡、手套、雨衣、OGR纸、购物袋、尿布、薄膜、餐具、茶包、咖啡或茶容器、用于盛放热或冷饮料的容器、杯子、盘子、用于储存碳酸液体的瓶子、用于储存非碳酸液体的瓶子、盖子、用于包装食品的膜、垃圾处理容器、食品处理器具、织物纤维、水储存和输送器具、用于酒精或非酒精饮料的储存和输送器具、用于电子产品的外壳或屏幕、内部或外部家具、窗帘、室内装饰、织物、膜、盒子、片材、托盘、导管、管子、水管、衣服、医疗器械、药物包装、避孕药、野营设备、模制的纤维素材料、及其组合。
在一些实施方式中，使基材与配制品接触的步骤包括用所述配制品涂布基于纤维素的基材的表面。在一些实施方式中，特定SFAE以基材表面上至少约0.05g/m2的涂层重量存在于基材表面上。在相关方面，特定SFAE可以以约0.05g/m2至约1.0g/m2、约1.0g/m2至约2.0g/m2、约2g/m2至约3g/m2的涂层重量存在于基于纤维素的材料的表面上。在相关方面，特定SFAE可以从约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。
在一些实施方式中，用于涂布基材的配制品可以包括可溶性SFAE，或者所述配制品可以是基本上由特定SFAE和可溶性SFAE组成或由其组成的液体系统。
在一些实施方式中，与配制品接触的基材是选自以下的制品的表面：纸张、纸板、熏肉板、绝缘材料、纸浆、用于储存食物的纸盒、堆肥袋、用于储存食物的袋子、离型纸(如用于压敏粘合剂)、运输袋、杂草阻挡/阻隔织物或膜、地膜、植物盆、包装珠、气泡布、吸油材料、层压材料、信封、礼品卡、信用卡、手套、雨衣、OGR纸、购物袋、尿布、薄膜、餐具、茶包、咖啡或茶容器、用于盛放热或冷饮料的容器、杯子、盘子、用于储存碳酸液体的瓶子、用于储存非碳酸液体的瓶子、盖子、用于包装食品的膜、垃圾处理容器、食品处理器具、织物纤维、水储存和输送器具、用于酒精或非酒精饮料的储存和输送器具、用于电子产品的外壳或屏幕、内部或外部家具、窗帘、室内装饰、织物、膜、盒子、片材、托盘、导管、管子、水管、衣服、医疗器械、药物包装、避孕药、野营设备、模制的纤维素材料、及其组合。
在一些实施方式中，特定SFAE可以用作颜料(其中术语颜料具有造纸领域的一般含义)。在该实施方式中，未溶解的特定SFAE的细颗粒可以结合到纤维网中；然后在制造基于纤维素的制品期间的干燥/成型热和压力将熔化特定SFAE并且使其流动并填充孔隙。
在一些实施方式中，特定SFAE(或可溶性SFAE)的脂肪酸链获自油籽。在其他实施方式中，脂肪酸链获自天然存在的食用脂肪和油的其他来源。
在一些实施方式中，特定SFAE具有糖部分的一个或酯化的羟基。在一些方面，特定SFAE可以是例如，单酯、二酯或三酯。在一些方面，特定SFAE可以含有大于50重量％、大于60wt％、大于70wt％、大于80wt％或大于90wt％的单酯和二酯。在一些方面，特定SFAE可以含有单酯作为主要组分(如本文所用，主要组分在所使用上下文中意指大于50wt％)。在一些方面，特定SFAE可以含有二酯作为主要组分。
在一些实施方式中，特定SFAE的脂肪酸基团可以具有不同的碳数量、不同的不饱和度、和/或不同的烯烃构型和位置。也就是说，当取代度高于1时(例如，糖二酯)，每个脂肪酸基团在一个或多个这些特征上可以相同或不同。
在一些实施方式中，脂肪酸基团可以选自例如，硬脂酸酯、月桂酸酯、肉豆蔻酸酯和棕榈酸酯，但脂肪酸基团不限于此。
在一些实施方式中，糖部分可以是例如，选自乳糖、麦芽糖、棉子糖或海藻糖的一种或多种，但糖部分不限于此。
在一些实施方式中，糖部分可以是壳聚糖，其为具有阳离子电荷的线性多糖。壳聚糖可以从贝类骨骼中分离，并且是带正电荷的。与简单的二糖相比，壳聚糖是高分子量的糖部分，并且商业生产的壳聚糖可以具有约3,800至约20,000道尔顿的分子量。
通过利用阳离子壳聚糖作为特定SFAE的糖部分，可以增加这样的阳离子SFAE和阴离子纤维素表面之间的静电吸引，从而导致在形成纸和模制纸浆产品时SFAE的吸收和保留增加。
在一些实施方式中，所述配制品包括两种或更多种特定SFAE，其中特定SFAE中的一种具有二糖部分，并且特定SFAE中的一种具有壳聚糖部分。在一些实施方式中，该配制品可以进一步包括可溶性SFAE。
在一些实施方式中，在不存在任何第二疏水物的情况下，通过所述配制品赋予基材疏水阻隔特性。
在一些实施方式中，所述配制品可以包含一种或多种乳化剂或乳化试剂。当使用时，特定SFAE与所述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。在一些实施方式中，乳化试剂可以选自水、可溶性SFAE、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、醇溶谷蛋白、大豆蛋白分离物、淀粉、乙酰化多糖、藻酸盐、角叉菜聚糖、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、洗涤剂、鲸蜡醇、甘油酯、(饱和的)((多)不饱和的)脂肪酸甲酯、及其组合。
如上所述，在一些实施方式中，方法中使用的配制品还包括一种或多种可溶性SFAE。当使用时，特定SFAE与可溶性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。
在一些实施方式中，所述方法包括预先确定包含在配制品中的特定SFAE的含量的步骤。在一些方面，该预先确定的步骤可以在制备配制品之前进行，或者可以在使基材表面与配制品接触之前进行。在一些方面，执行该预先确定的步骤以实现所期望的效果。在一些方面，执行预先确定的步骤以实现所期望水平的耐水性和/或所期望水平的耐油性和耐油脂性。
在一些实施方式中，所使用的配制品可以包括造纸工业中常用的一种或多种颜料。基于配制品的总重量，所述一种或多种颜料可以以约0.1重量％至约90重量％的浓度存在于配制品中。在其他方面，颜料的浓度可以为约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至80重量％、81重量％至90重量％、或0.1重量％至90重量％之间的任何其他范围。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来改变最终产品的特性。在一些实施方式中，所述一种或多种颜料选自粘土、碳酸钙、二氧化钛、高岭土、滑石、或塑性颜料。
在一些实施方式中，所述一种或多种颜料在被包含在配制品中之前被预处理。预处理可以包括将颜料与糖脂肪酸酯接触足够长的时间，并在足以将糖脂肪酸酯结合到颜料的温度下进行。例如，在一方面，特定SFAE可以被加热并熔化到无机颗粒/颜料的表面上。预处理的颜料可以包含在湿部中(例如，直接添加到造纸配料中)或者可以添加到本公开的配制品中。
在一些实施方式中，所述配制品完全是基于生物的。在一些实施方式中，所述配制品不包括碳氟化合物。在一些实施方式中，所述配制品不包括从石油中获得的化合物。在一些实施方式中，使用所述配制品制成的制品完全是基于生物的。
在一些实施方式中，所述配制品包含一种或多种带电聚合物，以帮助将特定SFAE保留在基材上。所述一种或多种带电聚合物可以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。在一些实施方式中，带电聚合物可以包括相对低分子量的阳离子聚合物和相对高分子量的阴离子聚合物的组合。在一些实施方式中，所述配制品不包含带电聚合物。
在一些实施方式中，带电聚合物由一种或多种阳离子聚合物组成。所述一种或多种阳离子聚合物可以包括聚丙烯酰胺。所述聚丙烯酰胺可以包括polyDADMAC(聚二烯丙基二甲基氯化铵)。
在一些实施方式中，阳离子聚合物具有500,000至10,000,000的重均分子量。在一些方面，所述重均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，使用具有上述范围内的任何MW的带电聚合物的组合，使用带电聚合物的共混物来实现“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MV大于2,000,000的第二带电聚合物组合使用；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)。在一些实施方式中，当配制品的总重量被视为100％时，所述配制品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％。在一些方面，配制品中阳离子聚合物与特定SFAE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。
在一些实施方式中，所述配制品可以包含一种或多种粘结剂，所述粘结剂选自例如，淀粉、蛋白质、醇溶谷蛋白、聚合物、聚合物乳液、PvOH、或其组合。在一些实施方式中，所述配制品不含有粘结剂。
在一些实施方式中，被赋予疏水和/或疏脂阻隔特性的基材表现出的3M油脂试剂盒测试值在约3至约12之间。在一些实施方式中，被赋予疏水和/或疏脂阻隔特性的基材表面表现出大于90°、大于100°、大于110°、或大于120°的水接触角。在一些实施方式中，被赋予疏水和/或疏脂阻隔特性的基材表面显示出至少65秒的HST值。
在一些实施方式中，提供了通过所公开的方法获得和/或以其他方式用所述配制品处理的制品。
下文进一步描述了本公开的另外的特征和优点。该概述部分仅意味着说明本公开的某些特征，并不意味着以任何方式限制本公开的范围。未能讨论本公开的具体特征或实施方式，或者在该概述部分中未包括一个或多个特征，不应被解释为限制权利要求。
具体实施方式
在更详细地描述本发明的组合物、方法和方法论之前，应当理解，本公开不限于所描述的特定组合物、方法和实验条件，因为此类组合物、方法和条件可以变化。还应理解，本文所用的术语仅出于描述具体实施方式的目的，并且不意图具有限制性，因为本发明的范围将仅在所附权利要求中限制。
如本说明书以及所附权利要求中所用，除非上下文另外明确指示，否则单数形式的“一个”、“一种”和“所述”包括复数提及形式。因此，例如，提及“特定SFAE”包括本文所述类型的一种或多种SFAE和/或组合物，其在阅读本公开等后对于本领域技术人员将变得清楚。
除非另外定义，否则本文所用的全部技术和科学术语均具有与本披露所属领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。可以在本公开的实践或测试中使用与本文所述类似或等同的任何方法和材料，因为应理解，修改和变化包含在本公开的精神和范围内。
除非另有说明，否则本文公开的每个范围将被理解为包含和公开所述范围内的每个离散点和所有可能的子范围。
如本文所用，“约”、“大约”、“实质上”和“显著”将被本领域普通技术人员理解，并且将根据使用它们的上下文在一定程度上有所变化。如果鉴于使用所述术语的语境，本领域普通技术人员不清楚它的用法，则“约”和“大约”将意指加或减<10％特定术语，并且“实质上”和“显著”将意指加或减>10％特定术语。“包含”和“基本上由……组成”在本领域中具有它们的惯用含义。
在实施方式中，本公开显示，通过用特定SFAE处理基材(例如像纤维素纤维)的表面，所得表面尤其具有强疏水性。例如，在纤维素纤维的情况下，纤维素羟基可以被庞大的有机链掩蔽。此外，特定SFAE，例如，一旦被细菌酶去除，则容易被消化。基材的衍生表面已被证明展示出很高的耐热性，能够承受高达250℃的温度，并且可能比下面的基础基材更不透气。因此，在可以采用纤维素材料的任何实施方式中，包括例如食品包装中，所述材料是针对例如纤维素亲水表面衍生化问题的理想解决方案。
如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(例如，植物油)制成；是可生物降解的；具有低毒性且适于与食物接触；可以调节以降低基材的摩擦系数(例如，对于纸张/纸板表面，处理不会使纸张对于下游加工或最终用途而言太滑)，即使在高水平的耐水性下；可以使用或不使用特殊的乳化设备或乳化试剂；并且与传统的纸张回收计划兼容：即不会像聚乙烯、聚乳酸或蜡涂层纸那样对回收操作产生不利影响。
如本文所用，“基于生物的”意指有意由来源于活的(或曾经活的)生物体的物质制成的材料。在相关方面，含有至少约50％此类物质的材料被认为是基于生物的。然而，如上所述，在一些实施方式中，本文公开的制品可以含有高达100％的此类物质。
如本文所用，“结合”，包括其语法变体，意指粘结或使粘结基本上成为单一物质，并且可以是指离子、疏水、范德华相互作用、或共价键合、或其组合。
如本文所用，“纤维素”意指天然的、合成的或半合成的材料，其可以模制或挤出成物体(例如，袋、片)或膜或细丝，其可以用于制备此类物体或膜或细丝，其在结构和功能上类似于纤维素，例如涂层和粘合剂(例如，羧甲基纤维素)。在另一个实例中，纤维素(一种由葡萄糖单元构成的复杂碳水化合物(C6H10O5)n，其形成大多数植物中细胞壁的主要成分)是有纤维质的。
如本文所用，“涂层重量”是施加至基材的材料(湿的或干的)的重量。它以磅/指定令或克/平方米表示。
如本文所用，“可堆肥的”意指这些固体产品可生物降解进入土壤。
如本文所用，“边缘芯吸”意指通过一种或多种机制在纸结构的外部界限处吸收所述结构中的水，所述机制包括但不限于纤维间孔隙中的毛细渗透、通过纤维和粘合的扩散，以及纤维上的表面扩散。在相关方面，如本文所述的含甘油酯和/或脂肪酸盐的配制品防止了经处理产品中的边缘芯吸。在一方面，在纸张或纸制品中可能存在油脂/油进入折痕的类似问题。这种“油脂折痕效应”可以定义为通过折叠、挤压或压碎所述纸结构而产生的纸结构中油脂的吸附。
如本文所用，“效果”，包括其语法变体，意指赋予特定材料特定的特性。
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；甘油二酯和甘油三酯、双烯酮、虫胶、醋酸乙烯酯、PLA、PEI、油、脂肪、脂质、其他防水化学品或其组合是疏水物。
如本文所用，“疏水性”意指具有防水的特性，倾向于排斥而不吸收水。
如本文所用，“耐脂质性”或“疏脂性”意指具有防脂质的特性，倾向于排斥而不吸收脂质、油脂、脂肪等。在相关方面，耐油脂性可以通过“3M试剂盒”测试、TAPPI T559试剂盒测试或Cobb油测试来测量。
如本文所用，“含纤维素材料”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，这种材料可以包括但不限于纸张、纸片、纸板、纸浆、用于储存食物的纸盒、羊皮纸、蛋糕纸板、屠宰纸、用于压敏粘合剂的离型纸/衬垫、用于储存食物的袋子、购物袋、运输袋、熏肉板、绝缘材料、茶叶袋、用于咖啡或茶的容器、堆肥袋、餐具、用于盛放热或冷饮料的容器、杯子、盖子、盘子、用于储存碳酸液体的瓶子、礼品卡、用于储存非碳酸液体的瓶子、用于包装食品的膜、垃圾处理容器、食品处理器具、织物纤维(例如，棉或棉混纺)、水储存和输送器具、酒精或非酒精饮料、用于电子产品的外壳或屏幕、内部或外部家具、窗帘和室内装饰。
如本文所用，“离型纸”意指用于防止粘性表面过早粘附到粘合剂或胶粘剂(例如像用于压敏粘合剂)的纸片。在一方面，如本文公开的涂层可以用于替代或减少硅或其他涂层的使用，以生产具有低表面能的材料。确定表面能可以通过测量接触角(例如，光学张力计和/或高压室；英国斯塔福德郡的达因测试公司(Dyne Testing,Staffordshire,UnitedKingdom))或通过使用表面能测试笔或墨水(参见例如，英国斯塔福德郡的达因测试公司)容易地实现。
如本文所用，关于特定SFAE的“可释放的”意指所述材料，一旦施加，可以从基材(例如，基于纤维素的材料)上除去，如通过控制物理特性。如本文所用，关于特定SFAE的“不可释放的”意指所述材料，一旦施加，实质上不可逆地结合到基材(例如，基于纤维素的材料)，如通过化学手段。
如本文所用，“溶液中的纤维”或“纸浆”意指通过从木材、纤维作物或废纸中化学或机械地分离纤维素纤维而制备的木质纤维素纤维材料。在相关方面，当通过如本文公开的方法处理纤维素纤维时，纤维素纤维本身含有结合的特定SFAE作为分离的实体，并且其中结合的纤维素纤维具有与自由纤维分离和不同的特性(例如，纸浆-或纤维素纤维-或纳米纤维素或微纤维化纤维素-甘油酯/脂肪酸盐结合的材料将不会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，“可再制浆”意指使纸张或纸板产品适于压碎成柔软的、不成形的物质，以便在纸张或纸板的生产中再利用。
如本文所用，“可调的”，包括其语法变体，意指调整或改造过程以实现特定结果。
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遇。它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之间的相互作用有多强，相对于各自与其同类之间的相互作用有多强。在许多高度亲水的表面上，水滴将表现出0°至30°的接触角。一般来说，如果水接触角大于90°，则固体表面被认为是疏水的。使用光学张力计可以容易地获得水接触角(参见例如，英国斯塔福德郡的达因测试公司)。
如本文所用，“水蒸气渗透性”意指透气性或纺织品转移水分的能力。存在至少两种不同的测量方法。一种是根据ISO 15496的MVTR测试(湿气透过率)，其描述了织物的水蒸气透过率(WVP)，并因此描述了排汗到外部空气的程度。测量值决定了24小时内有多少克湿气(水蒸气)通过一平方米的织物(级别越高，透气性越高)。
在一方面，TAPPI T 530Hercules施胶测试(即，通过油墨抗性对纸张进行施胶测试)可以用于测定耐水性。通过Hercules方法的油墨抗性最好归类为渗透度的直接测量测试。其他人将其归类为渗透速率测试。没有一个用于“测量施胶”的最佳测试。测试选择取决于最终用途和轧机控制需求。该方法特别适于用作轧机控制施胶测试，以准确检测施胶水平的变化。它提供了油墨漂浮测试的灵敏度，同时提供了可再现的结果、更短的测试时间和自动终点确定。
施胶(如通过抵抗水性液体渗透或吸收到纸张中所测量)是许多纸张的一个重要特征。这些典型的有袋子、硬纸板、屠宰包装、书写和一些印刷等级。
该方法可以用于监测特定最终用途的纸张或纸板生产，前提是在测试值和纸张最终用途性能之间建立了可接受的相关性。由于测试和渗透剂的性质，它不一定与适用于所有最终用途要求充分相关。该方法通过渗透速率来测量施胶。其他方法通过表面接触、表面渗透或吸收来测量施胶。施胶测试基于模拟最终用途中的水接触或吸收方式的能力来选择。该方法还可以用于优化施胶化学品使用成本。
如本文所用，“氧气渗透性”意指聚合物允许气体或流体通过的程度。材料的氧气渗透性(Dk)是扩散率(D)(即，氧分子穿过材料的速度)和溶解度(k)(或材料中每体积吸收的氧分子的量)的函数。氧气渗透性(Dk)值通常落入10-150x10-11(cm2ml O2)/(s ml mmHg)范围内。已经证明水凝胶水含量和氧气渗透性之间存在半对数关系(单位：巴勒单位)。国际标准化组织(ISO)使用压力的SI单位百帕斯卡(hPa)来规定渗透性。因此Dk＝10-11(cm2mlO2)/(s ml hPa)。巴勒单位可以通过乘以常数0.75转换为hPa单位。
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(例如，通过微生物)的作用分解成尤其是无害产物。
如本文所用，“可回收的”，包括其语法变体，意指可处理或可以被加工(使用过的和/或废弃的物品)以使所述材料适于再利用的材料。
如本文所用，“格利秒(Gurley second)”或“格利数”是描述在4.88英寸水柱(0.176psi)(ISO 5636-5:2003)(孔隙率)的压差下100立方厘米(分升)空气通过1.0平方英寸给定材料所需的秒数的单位。此外，对于刚度而言，“格利数”是一块垂直固定材料的单位，用于测量使所述材料偏转给定量所需的力(1毫克力)。此类值可以在Gurley PrecisionInstruments装置(纽约州特洛伊市(Troy,New York))上测量。
HLB—表面活性剂的亲水-亲油平衡是对其亲水或亲油程度的度量，通过计算分子不同区域的值来确定。
如在1954年描述的非离子表面活性剂的格里芬方法如下工作：
HLB＝20*Mh/M
其中Mh是分子的亲水部分的分子质量，并且M是整个分子的分子质量，从而给出0至20范围内的结果。HLB值为0对应于完全亲油/疏水的分子，且值为20对应于完全亲水/疏脂的分子。
HLB值可以用于预测分子的表面活性剂特性：
<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：润湿和铺展剂
13至15：洗涤剂
12至16：O/W(水包油)乳化剂
15至18：增溶剂或助水溶物。
在一些实施方式中，如本文公开的特定SFAE(或包含所述特定SFAE的配制品)的HLB值可以在较低范围内。在一些实施方式中，如本文公开的特定SFAE(或包含所述特定SFAE的配制品)的HLB值可以在中等至更高范围内。在一些实施方式中，如本文公开的可溶性SFAE的HLB值可以在较低范围内。在其他实施方式中，如本文公开的可溶性SFAE的HLB值可以在中等至更高范围内。
如本文所用，表示由大豆油(大豆酸盐(soyate))制成的蔗糖脂肪酸酯，其可从Procter&Gamble Chemicals(俄亥俄州辛辛那提(Cincinnati,OH))以商品名SEFOSE 1618U(参见下文的蔗糖多磺酸酯)商购获得，其含有一种或多种不饱和脂肪酸。如本文所用，表示一种蔗糖脂肪酸酯，其可从Procter&Gamble Chemicals获得，具有式Cn+12H2n+22O13，其中所有的脂肪酸都是饱和的。上文提及并通过引用并入本文的959专利的实施例采用SEFOSE作为SFAE，用于赋予基材(包括纤维素材料)阻隔特性。
如本文所用，“大豆酸盐”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，所述植物包括但不限于大豆、花生、油菜籽、大麦、油菜、芝麻种子、棉籽、棕榈仁、葡萄籽、橄榄、红花、向日葵、干椰子肉、玉米、椰子、亚麻子、榛子、小麦、大米、马铃薯、木薯、豆类、亚麻荠种子、芥菜种子、及其组合。本公开的SFAE的脂肪酸链可以是油籽脂肪酸。
如本文所用，“湿强度”意指当纸张是湿的时，将纸张(或其他三维固体基于纤维素的产品)结合在一起的纤维网能够抵抗破裂力的程度的度量。湿强度可以使用来自Thwing-Albert Instrument Company(新泽西州西柏林(West Berlin,NJ))的Finch湿强度装置来测量。其中湿强度通常受到湿强度添加剂(如kymene、阳离子乙醛酸化树脂、聚酰胺-胺-表氯醇树脂、聚胺-表氯醇树脂，包括环氧树脂)的影响。在实施方式中，本文公开的配制品在没有此类添加剂的情况下实现了这种湿强度。
如本文所用，“湿的”意指被水或另一种液体覆盖或浸透。
在一些实施方式中，本文公开的方法可以包括通过使纤维素表面与含有特定SFAE的配制品接触而将特定SFAE结合到纤维素表面的步骤。所述方法还可以包括另外的步骤，包括将接触的基于纤维素的材料暴露于热、辐射、催化剂或其组合足够长的时间，以将特定SFAE结合到基于纤维素的材料。在相关方面，这种辐射可以包括但不限于UV、IR、可见光、或其组合。在另一个相关方面，反应可以在室温(即，25℃)至约150℃、约50℃至约100℃、或约60℃至约80℃下进行。
在实施方式中，通过向配制品中添加聚乙烯醇(PvOH)和/或醇溶谷蛋白，可以使纤维素材料疏脂。在一方面，醇溶谷蛋白包括例如，玉米醇溶蛋白、麦醇溶蛋白、大麦醇溶蛋白、黑麦醇溶蛋白、高粱醇溶蛋白和燕麦蛋白。在相关方面，醇溶谷蛋白是玉米醇溶蛋白。
在一些实施方式中，不需要催化剂和有机载剂(例如，挥发性有机化合物)来进行结合反应，包括使用如所公开的方法不预期材料的堆积。在相关方面，反应时间实质上是瞬时的(即，小于1秒)。此外，所得材料表现出低粘连。
使用所述配制品避免了常规使用例如含氯氟烃、硅酮和基于石油的化合物，以提供一种或多种改善的耐油和耐油脂性、耐水性以及气体和蒸汽阻隔特性。
特定SFAE
本公开的配制品采用水不溶性和高熔点糖脂肪酸酯(“特定SFAE”)来赋予纤维素材料耐水性和/或耐油性和耐油脂性(OGR)。
如本文所用，术语“水不溶性”意指特定SFAE在25℃下不溶于水。例如，这可以对应于1000mg/L或更低的溶解度。
特定SFAE具有高于100℃的熔点。在一些方面，特定SFAE的熔点可以是110℃或更高、120℃或更高、130℃或更高、140℃或更高、150℃或更高、或150℃或更高。
如上所解释，较高熔点的糖酯可以被设计用于较高温度的油保持应用。
如本文所用的术语“脂肪酸”具有其常见含义，并且是指具有脂肪链的羧酸，其可以是饱和或不饱和的。如本文所用的术语脂肪酸可以是指通过酯键与糖结合的脂肪酸基团(也就是说，糖的一个或多个羟基被酯化)。
特定SFAE的脂肪酸基团可以是例如，任何已知的脂肪酸。在优选的实施方式中，已知脂肪酸存在于食物中，是可食用的，和/或被FDA批准。在一些实施方式中，脂肪酸基团获自油籽。在其他实施方式中，脂肪酸获自其他来源的天然可食用脂肪和油。
脂肪酸基团可以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，糖三酯可以包括三个不同的脂肪酸基团。
用于形成特定SFAE(也就是说，用于酯化糖部分时)的饱和脂肪酸实例包括例如，丁酸(四酸)、己酸(六酸)、辛酸(八酸)、癸酸(十酸)、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)。
用于形成特定SFAE的单不饱和脂肪酸实例包括例如，癸烯酸(癸-9-烯酸)、月桂烯酸((Z)-十二碳-9-烯酸)、肉豆蔻脑酸((Z)-十四碳-9-烯酸)、棕榈烯酸((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)、巴惟酸((E)-二十二碳-13-烯酸)、或神经酸((Z)-二十四碳-15-烯酸)。
用于形成特定SFAE的多不饱和脂肪酸实例包括例如，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)、哥伦比亚酸((5E,9E,12E)-十八碳-5,9,12-三烯酸)、亚麻油酸((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)、花生四烯酸((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)、或二十二碳六烯酸(DHA)((4Z,7Z,10Z,13Z,16Z,19Z)-二十二碳-4,7,10,13,16,19-六烯酸)。
在一些实施方式中，特定SFAE的熔点可以通过修饰脂肪酸链来改变。例如，不饱和侧链的添加可能会降低熔点。换句话说，特定SFAE的熔点可以通过选择糖部分和选择脂肪酸基团来改变。
在一些实施方式中，特定SFAE具有糖部分的一个或酯化的羟基。在一些方面，特定SFAE可以是例如，单酯、二酯、三酯、或更高取代度(例如，五酯)。特定SFAE可以是例如，具有不同取代度的特定SFAE的共混物(例如，含有例如，糖单酯、二酯和三酯的特定SFAE的共混物)。在一些方面，特定SFAE可以具有单酯作为主要组分、二酯作为主要组分，或三酯作为主要组分。
适用于SFAE的糖类可以包括例如，二糖，如木糖，葡萄糖，棉子糖，麦芽葡萄糖，半乳糖，葡萄糖的组合，果糖、麦芽糖、乳糖的组合，甘露糖的组合，赤藓糖、异麦芽糖、异麦芽酮糖、海藻糖、海藻酮糖、纤维二糖、昆布二糖、壳二糖的组合，及其组合。
如上所述，另一种合适的糖部分是壳聚糖。
本领域技术人员将理解，可以通过改变上述特定SFAE的一个或多个参数来选择SFAE的水溶性。在这方面，当使用多个特定SFAE时，每个特定SFAE可能已经被选择为具有相似或不同的特性，例如像相似或不同的HLB值(例如，较低范围与较高范围结合使用)。
在一些实施方式中，所述配制品可以仅含有一种或多种特定SFAE(即，由特定SFAE组成)。在一些实施方式中，所述配制品可以基本上由SFAE组成，其中所述配制品的基本和材料特性用于引入本文所述的阻隔特性。
在一些实施方式中，可以通过将特定SFAE分散在水中来获得配制品。在一些实施方式中，这种分散体可以基本上由特定SFAE和水组成。
在一些实施方式中，可以通过将特定SFAE溶解或分散在有机溶剂中来获得配制品。
在一些实施方式中，所述配制品可以是由可溶性SFAE溶液中的特定SFAE组成的液体系统(也就是说，可溶性SFAE充当溶剂以提供液体系统)。如上所述，可溶性SFAE在25℃下溶解于水中。
当所述配制品同时含有特定SFAE和可溶性SFAE时，特定SFAE与可溶性SFAE的重量比可以为约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。
尽管不受理论约束，特定SFAE和基于纤维素的材料之间的相互作用可以通过离子、疏水、范德华相互作用、或共价键、或其组合来实现。在相关方面，特定SFAE与基于纤维素的材料的结合实质上是不可逆的(例如，使用包含饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸组合的甘油酯或脂肪酸盐)。
在一些实施方式中，在不存在任何第二疏水物的情况下，通过所述特定SFAE赋予基材疏水阻隔特性。
此外，在足够的浓度下，仅特定SFAE的结合足以使经接触的基材疏水：即，在不添加蜡、松香、树脂、双烯酮、虫胶、醋酸乙烯酯、PLA、PEI、油、其他防水化学品或其组合(即，第二疏水物)的情况下实现疏水性，包括仅通过特定SFAE结合实现基于纤维素的材料的其他特性，如(除其他外)强化、硬化和膨胀。
本公开的一个优点可能是多个脂肪酸链与纤维素反应。不受任何理论的束缚，这被认为产生了交联网络，从而导致纤维网(如纸张、纸板、气流成网和湿法成网非织造织物和纺织品)的强度提高。这在其他施胶或疏水处理化学中通常是不存在的。如本文公开的特定SFAE还可以产生/增加湿强度，这是使用许多其他耐水化学品时所没有的特性。
在实施方式中，用于赋予疏水性的特定SFAE的量取决于基材的形式(例如，基于纤维素的材料的形式)和接触基材表面的方法。
在一方面，当特定SFAE通过已知方法涂布在基于纤维素的材料上时，特定SFAE可以例如，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、或更高浓度的涂层重量存在于基于纤维素的材料的表面上。在一些实施方式中，特定SFAE可以涂布基于纤维素的材料的整个外表面(例如，涂布整张纸或含纤维素的制品)。
在另一方面，当基于纤维素的材料是含有纤维素纤维的溶液并且所述配制品被添加到造纸过程的湿部上时，特定SFAE可以例如，以存在的总纤维的至少约0.025％(wt/wt)的浓度存在。在相关方面，它可以以存在的总纤维的约0.05％(wt/wt)至约0.1％(wt/wt)、约0.1％(wt/wt)至约0.5％(wt/wt)、约0.5％(wt/wt)至约1.0％(wt/wt)、约1.0％(wt/wt)至约2.0％(wt/wt)、约2.0％(wt/wt)至约3.0％(wt/wt)、约3.0％(wt/wt)至约4.0％(wt/wt)、约4.0％(wt/wt)至约5.0％(wt/wt)、约5.0％(wt/wt)至约10％(wt/wt)、约10％(wt/wt)至约50％(wt/wt)存在。在另一个相关方面，特定SFAE的量可以等于存在的纤维的量。
在其他实施方式中，配制品可以含有例如，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％的特定SFAE，按配制品的重量计(wt/wt)。
在实施方式中，公开了一种生产即使在暴露于水时也能保持强度的膨松纤维结构的方法。通常，干燥后的纤维浆料形成致密的结构，所述结构在暴露于水时容易分解。使用如所公开的方法制成的成形纤维产品可以包括纸板、饮料架(例如，杯子)、盖子、食物托盘和包装，这些产品将重量轻、强度高，并且抵抗暴露于水和其他液体。
在实施方式中，特定SFAE可以与聚乙烯醇(PvOH)混合以生产用于耐水涂层的施胶剂。先前已经证明了SFAE和PvOH之间的协同关系。虽然已知PvOH本身是良好的成膜剂，并且与纤维素形成强氢键，但它不是非常耐水，尤其是热水。PvOH可以为沿着纤维素纤维交联的特定SFAE提供丰富的OH基团来源，这增加了纸张的强度，例如，特别是湿强度，和超过单独使用PvOH可能达到的耐水性。还可以使用已知的交联剂，例如像二醛(例如，乙二醛、戊二醛等)。
在其他方面，可以通过添加一种或多种可溶性SFAE(如959专利中所述)和/或一种或多种甘油酯和/或脂肪酸盐(如999出版物中所述)来增强特定SFAE的效果。
另外使用SFAE的一个优点是它们可以限制纤维素纤维之间的氢键合，从而增加它们之间的空间，因此，在实质上不增加重量的情况下增加膨松度。
当用于配制品中时，可溶性SFAE可以包含脂肪酸的蔗糖酯或基本上由其组成。许多方法是已知的并且可用于制备或以其他方式提供本发明的SFAE，并且所有此类方法被认为可用于在本公开的广泛范围内使用。例如，在某些实施方式中，可能优选的是通过用一种或多种获自油料种子(包括但不限于大豆油、葵花油、橄榄油、菜籽油、花生油、及其混合物)的脂肪酸部分酯化糖来合成脂肪酸酯。
在实施方式中，可溶性SFAE可以包含糖部分，包括但不限于蔗糖部分，其在其一个或多个羟基氢处被酯部分取代。在相关方面，本公开中使用的二糖酯可以具有959专利的式I的结构，所述专利通过引用并入本文。
适用于可溶性SFAE的二糖可以包括木糖，葡萄糖，棉子糖，麦芽葡萄糖，半乳糖，葡萄糖的组合，果糖、麦芽糖、乳糖的组合，甘露糖的组合，赤藓糖、异麦芽糖、异麦芽酮糖、海藻糖、海藻酮糖、纤维二糖、昆布二糖、壳二糖的组合，及其组合。
SFAE可以以959专利中公开的方式生产。例如，SFAE可以通过已知的酯化方法用实质上纯的脂肪酸进行酯化来制备。它们还可以通过使用糖和呈脂肪酸甘油酯形式的脂肪酸酯的酯交换反应来制备，所述脂肪酸甘油酯来源于例如天然来源，例如从油料种子(例如大豆油)提取的油中发现的脂肪酸甘油酯。使用脂肪酸甘油酯提供蔗糖脂肪酸酯的酯交换反应描述于例如，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；以及国际公开WO1992004361中，其通过引用整体并入本文。
在实施方式中，基于纤维素的材料包括但不限于纸张、纸板、纸片、纸浆、杯子、盒子、托盘、盖子、离型纸/衬垫、堆肥袋、购物袋、运输袋、熏肉板、茶包、绝缘材料、用于咖啡或茶的容器、导管和水管、食品级一次性餐具、盘子和瓶子、用于TV和移动装置的屏幕、服装(例如，棉或棉混纺)、绷带、压敏标签、压敏胶带、女性用品，以及待用于身体上或身体内部的医疗器械，如避孕药、药物递送装置、用于药物材料的容器(例如，药丸、药片、栓剂、凝胶等)等。此外，如所公开的涂层技术可以用于家具和室内装饰、户外野营设备等。
在一方面，如本文所述的涂层耐约3至约9范围内的pH。在相关方面，所述pH可以为约3至约4、约4至约5、约5至约7、约7至约9。
在实施方式中，公开了一种用于处理含纤维素(或纤维素)材料的表面的方法，所述方法包括向表面施加含有具有式(II)或(III)的链烷酸衍生物的组合物：
R-CO-X 式(II)
X-CO-R-CO-X1 式(III)，
其中R是具有6至50个碳原子的直链、支链、或环状脂肪族烃基，并且其中X和X1独立地是Cl、Br、R-CO-O-R、或O(CO)OR，其中当链烷酸衍生物包括式(III)时，X或X1相同或不同，其中如本文公开的特定SFAE是载剂，并且其中所述方法不需要有机碱、气态HCl、VOC、或催化剂。
在一方面，所述配制品还可以含有例如，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、醇溶谷蛋白(例如，玉米醇溶蛋白)、大豆蛋白分离物、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。
在实施方式中，本公开的特定SFAE和配制品可以用于例如，承载用于造纸的涂料或其他化学品，包括但不限于纤滑石、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、alganic酸、明矾、albarine、胶水、碳酸钡、硫酸钡、二氧化氯、粘土、白云石、二乙烯三胺五乙酸酯、EDTA、酶、甲脒硫酸、瓜尔豆胶、石膏、石灰、亚硫酸氢镁、石灰乳、镁乳、聚乙烯醇(PvOH)、松香、松香皂、缎子、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、烃类树脂、聚合物、蜡、多糖、蛋白质、及其组合。
在一些实施方式中，所述配制品可以包含一种或多种带电聚合物，以帮助将特定SFAE保留在基材上。带电聚合物可以通过排列特定SFAE的脂肪酸基团来帮助赋予效果(例如，阻隔特性OGR和耐水性)。
所述一种或多种带电聚合物可以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。在一些实施方式中，当配制品的总重量被视为100％时，所述配制品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％。在一些方面，配制品中阳离子聚合物与特定SFAE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。
在一些实施方式中，带电聚合物具有500,000至10,000,000的重均分子量。在一些实施方式中，所述重均MW为500,000至1,000,000、1,000,001至2,000,000、2,000,001至3,000,000等。在一些实施方式中，带电聚合物是具有不同重均MW的两种聚合物的组合，以实现双峰型共混物。
用作助留剂的阳离子聚合物实例可以包括例如，聚丙烯酰胺(例如，polyDADMAC(聚二烯丙基二甲基氯化铵))、聚(乙撑亚胺)(PEI)、聚l-(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。
在实施方式中，相对于未经处理的含纤维素材料，经处理的含纤维素材料(例如，经涂布的含纤维素材料，或通过在湿部上添加所述配制品而制备的含纤维素材料)表现出更大的疏水性或耐水性。在相关方面，相对于未经处理的含纤维素材料，经处理的含纤维素材料表现出更大的疏脂性或OGR。在另一个相关方面，经处理的含纤维素材料可以是可生物降解的、可堆肥的、和/或可回收的。在一方面，经处理的含纤维素材料既疏水(耐水)又疏脂(耐油脂)。
在实施方式中，与未经处理的相同材料相比，经处理的含纤维素材料可以具有改善的机械特性。例如，通过如本文公开的方法处理的纸袋显示出增加的破裂强度、格利数、抗拉强度和/或最大负荷能量。在一方面，破裂强度增加了约0.5至1.0倍之间、约1.0至1.1倍之间、约1.1至1.3倍之间、约1.3至1.5倍之间的倍数。在另一方面，格利数增加了约3至4倍之间、约4至5倍之间、约5至6倍之间以及约6至7倍的倍数。在仍另一方面，拉伸应变增加了约0.5至1.0倍之间、约1.0至1.1倍之间、约1.1至1.2倍之间以及约1.2至1.3倍之间的倍数。并且在另一方面，最大负荷能量增加了约1.0至1.1倍之间、约1.1至1.2倍之间、约1.2至1.3倍之间以及约1.3至1.4倍之间的倍数。
在实施方式中，含纤维素材料可以是例如，包含微纤化纤维素(MFC)或纤维素纳米纤维(CNF)的原纸，如例如美国公布号2015/0167243(通过引用整体并入本文)所述，其中MFC或CNF在成形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的成形层中以降低所述原纸的孔隙率。在相关方面，使原纸与如上所述的配制品接触。
在另一个相关方面，经接触的原纸可以例如，进一步与聚乙烯醇(PvOH)接触。在实施方式中，所得经接触的原纸具有可调的耐水和耐脂质性。在相关方面，所得原纸可以表现出至少约10-15(即，格利空气阻力(sec/100cc，20oz.cyl.))、或至少约100、至少约200至约350的格利值。在一方面，所述配制品可以是一个或多个层的层压材料，或者可以提供一个或多个层作为层压材料，或者可以减少一个或多个层的涂层量以实现相同的性能效果(例如，耐水性、OGR等)。在相关方面，层压材料可以包含可生物降解和/或可复合的热封或粘合剂。
在实施方式中，特定SFAE可以与一种或多种用于内部和表面施胶的涂料组分组合(单独或组合)，所述组分包括但不限于颜料(例如，粘土、碳酸钙、二氧化钛、塑性颜料)、粘结剂(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、乙醛酸化树脂、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、基于油的消泡剂、基于硅酮的消泡剂、芪类、直接染料和酸性染料)。在相关方面，此类组分可以提供一种或多种特性，包括但不限于构建细孔结构、提供光散射表面、改善油墨接受性、改善光泽、粘合颜料颗粒、将涂料粘合到纸张、基片增强、填充颜料结构中的孔、降低水敏感性、抵抗胶印中的湿拉毛、防止刮刀刮擦、改善超级压光中的光泽、减少粉尘、调节涂料粘度、提供保水性、分散颜料、保持涂料分散性、防止涂料/涂料颜色变质、控制发泡、减少夹带空气和涂料凹坑、增加白度和亮度，以及控制颜色和阴影。对本领域技术人员来说显而易见的是，所述组合可以根据最终产品所期望的特性而变化。
在实施方式中，采用包含特定SFAE的配制品的方法可以用于通过提供一层表现出必要特性(例如，耐水性、低表面能等)的材料来降低主要/第二涂层(例如，基于硅酮的层、基于淀粉的层、基于粘土的层、PLA层、PEI层等)的应用成本，从而减少实现相同特性所需的主要/第二层的量。在一方面，材料可以涂布在特定SFAE层的顶部(例如，可热封剂)。在实施方式中，所述组合物不含碳氟化合物和硅酮。
在实施方式中，所述配制品同时提高了经处理产品的机械和热稳定性。在一方面，表面处理在约-100℃至约300℃之间的温度下是热稳定的。在另一相关方面，经处理的基材(例如，基于纤维素的材料)的表面表现出约60°至约120°之间的水接触角。在另一个相关方面，表面处理在约200℃至约300℃之间的温度下是化学稳定的。
可以用包含特定SFAE的改性配制品通过例如浸渍来处理可以在应用前干燥(例如，在约80-150℃下)的基材，并允许表面暴露于组合物少于1秒。可以加热基材以干燥表面，之后改性材料就可以使用了。在一方面，根据如本文公开的方法，所述基材可以通过通常在造纸厂中进行的任何合适的涂布/施胶工艺进行处理(参见例如，Smook,G.,SurfaceTreatments in Handbook for Pulp&Paper Technologists,(2016),第4版,Cpt.18,第293-309页,TAPPIPress,美国佐治亚州桃树角(Peachtree Corners,GAUSA)，通过引用整体并入本文)。
在实施本公开时，不需要对含纤维素材料进行特殊制备，尽管对于一些应用，所述材料可在处理前进行干燥。在实施方式中，如所公开的方法可以用于任何基于纤维素的表面上，包括但不限于膜、刚性容器、纤维、纸浆、织物等。在一方面，可以通过常规施胶机(垂直、倾斜、水平)、门辊施胶机、计量施胶机、压光施胶机、管施胶机、机上施胶机、脱机施胶机、单面涂布机、双面涂布机、短时停留、同时双面涂布机、刮刀或杆式涂布机、凹版涂布机、凹版印刷、柔版印刷、喷墨印刷、激光印刷、超级压光机、及其组合来施加所述配制品。
根据来源，本文方法中处理的纤维素可以是纸张、纸板、纸浆、软木纤维、硬木纤维或其组合、纳米纤维素、纤维素纳米纤维、晶须或微纤维、微纤化、棉或棉混纺、纤维素纳米晶体、或纳米原纤化纤维素。
此外，如本文公开所改性的纤维和基于纤维素的材料可以再制浆。此外，例如，水可能不容易被“推”过低表面能屏障进入片材。
在实施方式中，所述配制品的量足以完全覆盖基材的至少一个表面，如含纤维素材料的至少一个表面。例如，在实施方式中，所述配制品可以被施加到容器(如食品容器)的整个外表面、容器的整个内表面、或其组合，或者原纸的一面或两面。在其他实施方式中，膜的整个上表面可以被所述配制品覆盖，或者膜的整个下表面可以被所述配制品覆盖，或其组合。在一些实施方式中，装置/器械的内腔可以被涂层覆盖，或者装置/器械的外表面可以被配制品覆盖，或其组合。
在实施方式中，施加的配制品的量足以部分地覆盖含纤维素材料的至少一个表面。例如，仅那些暴露于环境大气的表面可以被所述配制品覆盖，或者仅那些没有暴露于环境大气的表面被所述配制品覆盖(例如，掩蔽)。如对本领域技术人员来说显而易见的是，所施加配制品的量可以取决于待覆盖材料的用途。在一方面，一个表面可以用所述配制品涂布，且相对的表面可以用试剂涂布，所述试剂包括但不限于蛋白质、小麦谷蛋白、明胶、醇溶谷蛋白、大豆蛋白分离物、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。在相关方面，可以将所述配制品添加到配料中，并且网上的所得材料可以具有甘油酯/脂肪酸盐的另外涂层。
在实施所述方法的这一方面的过程中，可以使用任何合适的涂布工艺来递送任何不同的配制品。在实施方式中，涂布所述配制品的方法可以包括例如，浸渍、喷涂、涂抹、印刷，以及任何这些方法的任何组合，单独或与适于实施如所公开方法的其他涂布方法一起使用。
例如，通过增加特定SFAE的浓度，如本文公开的组合物可以与被处理的基材(例如，纤维素)更广泛地反应，最终结果是再次表现出改善的防水/耐脂质特征。然而，较高的涂层重量并不一定意味着耐水性的提高。在一方面，各种催化剂可能允许更快的“固化”以精确调节特定SFAE的量来满足特定应用。
对本领域技术人员来说显而易见的是，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、特定SFAE、反应温度和暴露时间的选择是可以通过常规实验优化的工艺参数，以适合最终产品的任何特定应用。
本文所述的衍生化基于纤维素的材料具有改变的物理特性，其可以使用本领域已知的适当测试来定义和测量。对于疏水性，分析方案可以包括但不限于接触角测量和水分吸收。其他特性包括刚度、WVTR、孔隙率、抗拉强度、无基材降解、破裂和撕裂特性。由美国测试和材料协会定义了待遵循的特定标准化方案(方案ASTM D7334–08)。
随着所述材料阻隔功能的增强，表面对各种气体(如水蒸气和氧气)的渗透性也可以通过特定SFAE过程而改变。测量渗透性的标准单位是巴勒，并且测量这些参数的方案也可以在公共领域获得(ASTM std F2476-05用于水蒸气，且ASTM std F2622-8用于氧气)。
在实施方式中，根据公开的方法处理的材料展示出完全的生物降解性，如通过在微生物攻击下在环境中的降解所测量。
有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)。
有各种方法可用于定义和测试可堆肥性，包括但不限于ASTM D6400。
适于通过本公开的方法处理的纤维素材料包括但不限于棉纤维、植物纤维如亚麻、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(醋酸人造丝)和其他改性纤维素材料，这些材料的大部分表面可用于反应/粘合。如上所述，术语“纤维素”包括所有这些材料和其他具有相似多糖结构并具有相似特性的材料。在这些材料中，相对新颖的材料微纤维化纤维素(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，通过引用整体并入本文)特别适于该应用。在其他实施方式中，纤维素可以包括但不限于三醋酸纤维素、丙酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、醋酸丁酸纤维、硝化纤维素(硝酸纤维素)、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。
如本文公开的纤维素的改性，除了增加其疏水性之外，还可以增加其抗拉强度、柔韧性和刚度，从而进一步拓宽其使用范围。由或通过使用本申请中公开的改性纤维素制成的所有可生物降解和部分可生物降解的产品都在本公开的范围内，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各种目的的容器，如纸张、纸板、纸浆、杯子、盖子、盒子、托盘、离型纸/衬垫、堆肥袋、购物袋、导管和水管、食品级一次性餐具、盘子和瓶子、用于TV和移动装置的屏幕、服装(例如，棉或棉混纺)、绷带、压敏标签、压敏胶带、女性用品，以及待用于身体上或身体内部的医疗器械，如避孕药、药物递送装置等。此外，如所公开的涂层技术可以用于家具和室内装饰、户外野营设备等。
实施例
在下文中，尽管通过实施例对本公开的实施方式进行了更详细的描述，但本公开不限于此。
实施例1
对于实施例1，制备特定SFAE并测量熔点，如下表1所示。
表1
特定SFAE 熔点C 25℃时在水中的溶解度
乳糖单硬脂酸酯 约114开始 不溶解
麦芽糖单硬脂酸酯 约135开始 不溶解
棉子糖单硬脂酸酯 约152分解 可溶
乳糖单月桂酸酯 >106 不溶解
麦芽糖单月桂酸酯 >159 不溶解
棉子糖单月桂酸酯 169-174 可溶
海藻糖二硬脂酸酯 145-160 不溶解
海藻糖单硬脂酸酯 128-130 不溶解
海藻糖二棕榈酸酯 145-162 不溶解
海藻糖单棕榈酸酯 114-116 不溶解
海藻糖二肉豆蔻酸酯 157-161 不溶解
海藻糖单肉豆蔻酸酯 114-116 不溶解
海藻糖二月桂酸酯 161-164 不溶解
海藻糖单月桂酸酯 156-158 可溶
实施例2
对于实施例2，测试了几种特定SFAE，以确定它们在原纸上赋予阻隔特性的能力。
选择Southworth纸作为原纸。原纸为大约40#片材，其格利孔隙度运行约200秒。
制备了三种不同的特定SFAE，溶解在有机溶剂(70％乙醇和30％氯仿的溶液)中，并且经由手工刮涂以表2中列出的涂层重量施加到原纸上。涂层重量是有机溶剂蒸发后特定SFAE的重量(磅/吨)。一旦纸张被干燥和调理，则使用各种测试来测试SFAE涂布的原纸的耐水性和耐脂质性(OGR)，并与未涂布的原纸作为对照进行比较。
使用水Cobb测试来测试耐水性，所述测试改编自Tappi标准测试方法T 441om-20“纸张的吸水性”。
耐油性和耐油脂性以下几项测试来测试：
(i)3M试剂盒测试(Tappi标准测试方法T 559“耐油脂性”)，
(ii)折叠试剂盒测试，其中纸张经受180°折叠，再折叠，然后根据相同的3M试剂盒测试将油脂置于所得折痕上。
(iii)在约20-23℃的室温和100℃下，使用改编自Tappi标准测试方法T441om-20的植物油进行油Cobb测试；和
(iv)在100℃烘箱中进行油滴测试。
表2中的数据显示，例如，当原纸的孔隙中填充有经测试的特定SFAE品种时，原纸在热的时候能够拒油。
结果表明，特定SFAE可以解决阻隔配制品迁移到食品或包装产品中的问题，特别是在高温下。
表2
尽管已经显示和描述了应用于其优选和示例性实施方式的本公开的基本新颖特征，但应理解，本领域技术人员可以在不脱离本公开的精神的情况下对本公开的形式和细节进行省略和替换和改变。此外，显而易见的是，本领域技术人员可以容易地想到许多修改和改变。例如，一个或多个实施方式中的任何特征均可以适用于一个或多个其他实施方式并与其组合。因此，不期望将本公开限制于所显示和描述的确切构造和操作，因此，所有合适的修改等同物都可以被认为落入所要求保护的本公开的范围内。换句话说，尽管已经参考上述实施例描述了本公开的实施方式，但应理解，修改和变化包含在本公开的精神和范围内。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特此通过引用整体并入。

Claims (34)

1.一种赋予基于纤维素的基材阻隔特性的方法，所述方法包括：
制备用于赋予所述阻隔特性的配制品，所述配制品包含特定糖脂肪酸酯(特定SFAE)；以及
使所述基于纤维素的基材的表面与所述配制品接触，以赋予所述基于纤维素的基材阻隔特性，
其中所述阻隔特性是增加的耐水性和/或增加的耐脂质性，
所述特定SFAE在25℃下不溶于水，并且
所述特定SFAE具有高于100℃的熔点。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述接触步骤包括形成所述配制品和作为所述基于纤维素的基材的纤维素纤维的浆料。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述浆料中存在的所述特定SFAE的总浓度为所述浆料中存在的总纤维素纤维的至少0.025％(wt/wt)。
4.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括在从所述浆料中排出所述纤维素纤维后形成固体制品，所述固体制品具有所述阻隔特性。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述制品选自由以下组成的组：纸张、纸板、熏肉板、绝缘材料、用于储存食物的纸盒、堆肥袋、用于储存食物的袋子、离型纸、运输袋、杂草阻挡/阻隔织物或膜、地膜、植物盆、包装珠、气泡布、层压材料、信封、礼品卡、信用卡、手套、雨衣、OGR纸、购物袋、尿布、薄膜、餐具、茶包、咖啡或茶容器、用于盛放热或冷饮料的容器、杯子、盘子、用于储存碳酸液体的瓶子、用于储存非碳酸液体的瓶子、盖子、用于包装食品的膜、垃圾处理容器、食品处理器具、织物纤维、水储存和输送器具、用于酒精或非酒精饮料的储存和输送器具、用于电子产品的外壳或屏幕、内部或外部家具、窗帘、室内装饰、织物、膜、盒子、片材、托盘、导管、管子、水管、衣服、医疗器械、药物包装、避孕药、野营设备、模制的纤维素材料、及其组合。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述接触步骤包括用所述配制品涂布所述基于纤维素的基材的表面。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述特定SFAE以至少0.05g/m2的重量存在于所述基材的表面上。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述基于纤维素的基材是选自由以下组成的组中的制品：纸张、纸板、熏肉板、绝缘材料、纸浆、用于储存食物的纸盒、堆肥袋、用于储存食物的袋子、离型纸、运输袋、杂草阻挡/阻隔织物或膜、地膜、植物盆、包装珠、气泡布、吸油材料、层压材料、信封、礼品卡、信用卡、手套、雨衣、OGR纸、购物袋、尿布、薄膜、餐具、茶包、咖啡或茶容器、用于盛放热或冷饮料的容器、杯子、盘子、用于储存碳酸液体的瓶子、用于储存非碳酸液体的瓶子、盖子、用于包装食品的膜、垃圾处理容器、食品处理器具、织物纤维、水储存和输送器具、用于酒精或非酒精饮料的储存和输送器具、用于电子产品的外壳或屏幕、内部或外部家具、窗帘、室内装饰、织物、膜、盒子、片材、托盘、导管、管子、水管、衣服、医疗器械、药物包装、避孕药、野营设备、模制的纤维素材料、及其组合。
9.根据权利要求1所述的方法，其中赋予所述基于纤维素的基材的所述阻隔特性是增加的耐脂质性，并且所述增加的耐脂质性是在不存在任何第二疏水物的情况下由所述特定SFAE提供的。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述配制品进一步包含在25℃下可溶于水的可溶性糖脂肪酸酯(可溶性SFAE)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述配制品是基本上由所述特定SFAE和所述可溶性SFAE组成的液体系统。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述配制品进一步包含一种或多种甘油酯和/或一种或多种脂肪酸盐。
13.根据权利要求1所述的方法，其中被赋予所述阻隔特性的所述基于纤维素的基材表现出约3至约12之间的3M油脂试剂盒测试值。
14.根据权利要求1所述的方法，其中被赋予所述阻隔特性的所述基于纤维素的基材的表面表现出大于90°的水接触角。
15.根据权利要求1所述的方法，其中被赋予所述阻隔特性的所述基于纤维素的基材的表面表现出至少65秒的HST值。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述特定SFAE具有高于125℃的熔点。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述特定SFAE的糖部分选自乳糖、麦芽糖、棉子糖或海藻糖。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述特定SFAE的脂肪酸基团是选自硬脂酸酯、月桂酸酯、肉豆蔻酸酯或棕榈酸酯的一种或多种。
19.根据权利要求1所述的方法，其中所述特定SFAE包括一种或多种糖单酯和糖二酯的共混物。
20.根据权利要求1所述的方法，其中所述特定SFAE的糖部分是壳聚糖。
21.一种制品，其通过根据任一前述权利要求所述的方法获得。
22.根据权利要求21所述的制品，其中所述制品选自由以下组成的组：纸张、纸板、熏肉板、绝缘材料、用于储存食物的纸盒、堆肥袋、用于储存食物的袋子、离型纸、运输袋、杂草阻挡/阻隔织物或膜、地膜、植物盆、包装珠、气泡布、层压材料、信封、礼品卡、信用卡、手套、雨衣、OGR纸、购物袋、尿布、薄膜、餐具、茶包、咖啡或茶容器、用于盛放热或冷饮料的容器、杯子、盘子、用于储存碳酸液体的瓶子、用于储存非碳酸液体的瓶子、盖子、用于包装食品的膜、垃圾处理容器、食品处理器具、织物纤维、水储存和输送器具、用于酒精或非酒精饮料的储存和输送器具、用于电子产品的外壳或屏幕、内部或外部家具、窗帘、室内装饰、织物、膜、盒子、片材、托盘、导管、管子、水管、衣服、医疗器械、药物包装、避孕药、野营设备、模制的纤维素材料、及其组合。
23.根据权利要求22所述的制品，其中所述制品的表面表现出约3至约12之间的3M油脂试剂盒测试值。
24.根据权利要求22所述的制品，其中所述制品的表面表现出大于90°的水接触角。
25.根据权利要求22所述的制品，其中所述制品的表面表现出至少65秒的HST值。
26.一种用于赋予基于纤维素的基材阻隔特性的配制品，所述配制品包含特定糖脂肪酸酯(特定SFAE)，
其中所述阻隔特性是增加的耐水性和/或增加的耐脂质性，
所述特定SFAE在25℃下不溶于水，并且
所述特定SFAE具有高于100℃的熔点，并且
所述特定SFAE以足以赋予所述基材所述阻隔特性的量存在于所述配制品中。
27.根据权利要求26所述的配制品，其中所述配制品进一步包含在25℃下可溶于水的可溶性糖脂肪酸酯(可溶性SFAE)。
28.根据权利要求27所述的配制品，其中所述配制品是基本上由所述特定SFAE和所述可溶性SFAE组成的液体系统。
29.根据权利要求26所述的配制品，其中所述配制品进一步包含一种或多种甘油酯和/或一种或多种脂肪酸盐。
30.根据权利要求26所述的配制品，其中所述特定SFAE具有高于125℃的熔点。
31.根据权利要求26所述的配制品，其中所述特定SFAE的糖部分选自乳糖、麦芽糖、棉子糖或海藻糖。
32.根据权利要求26所述的配制品，其中所述特定SFAE的脂肪酸基团是选自硬脂酸酯、月桂酸酯、肉豆蔻酸酯或棕榈酸酯的一种或多种。
33.根据权利要求26所述的配制品，其中所述特定SFAE包括一种或多种糖单酯、糖二酯、和/或糖三酯的共混物。
34.根据权利要求26所述的配制品，其中所述特定SFAE的糖部分是壳聚糖。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3963699A (en) 1974-01-10 1976-06-15 The Procter & Gamble Company Synthesis of higher polyol fatty acid polyesters
US4374702A (en) 1979-12-26 1983-02-22 International Telephone And Telegraph Corporation Microfibrillated cellulose
US4518772A (en) 1983-06-23 1985-05-21 The Proctor & Gamble Company Synthesis of higher polyol fatty acid polyesters using high soap:polyol ratios
US4517360A (en) 1983-06-23 1985-05-14 The Procter & Gamble Company Synthesis of higher polyol fatty acid polyesters using carbonate catalysts
JPS6115893A (ja) 1984-06-29 1986-01-23 Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd シヨ糖脂肪酸エステルの精製法
KR0180015B1 (ko) 1990-09-11 1999-04-01 제이코버스 코넬리스 레이서 이지방 케톤 및 베타-케토에스테르의 양이 감소된 고도로 에스테르화된 폴리올 지방산 폴리에스테르의 개선된 제조방법
JP3187622B2 (ja) * 1993-10-07 2001-07-11 カネボウ株式会社 リポソーム
US5618387A (en) * 1993-12-27 1997-04-08 Taiwan Sugar Corp. Method of preparing biodegradable, water-resistant paper utensils
US5767257A (en) 1996-07-19 1998-06-16 The Procter & Gamble Company Methods for producing polyol fatty acid polyesters using atmospheric or superatmospheric pressure
US6121440A (en) 1998-01-29 2000-09-19 The Procter & Gamble Company Process for synthesis of polyol fatty acid polyesters
CA2325410C (en) 1998-03-23 2004-10-12 The Procter & Gamble Company Synthesis of higher polyol fatty acid polyesters by transesterification
WO2002060975A1 (en) 2001-01-31 2002-08-08 The Procter & Gamble Company Synthesis of polyol medium fatty acid polyesters
DE07709298T1 (de) 2006-02-08 2014-01-30 Stfi-Packforsk Ab Verfahren zur Herstellung von mikrofibrillierter Cellulose
PT2861799T (pt) 2012-06-13 2019-09-26 Univ Maine System Processo energeticamente eficiente para preparar fibras de nanocelulose
AU2017318676B2 (en) 2016-09-01 2022-06-02 Chemstone, Inc. Methods for biobased derivatization of cellulosic surfaces
JP2022538880A (ja) * 2019-06-28 2022-09-06 グリーンテック・グローバル・プライベート・リミテッド 糖脂肪酸エステル無機粒子の組合せ
BR112022022573A2 (pt) 2020-05-08 2022-12-13 Greentech Global Pte Ltd Métodos para derivatização de base biológica de materiais celulósicos e sintéticos e artigos obtidos a partir dos mesmos

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