CN1500563A - 具有改进的阻隔性能的多层涂布基底的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涂布基底的生产方法，其包括如下步骤：a)制备一种复合的多层自由流动涂布幕，由此该多层自由流动涂布幕包括至少两层、具有至少两种不同阻隔性能的涂层，和b)将涂布幕与连续的基料基底接触。

Description

具有改进的阻隔性能的多层涂布基底的生产方法
技术领域
本发明涉及一种具有阻隔性能的涂布基底的生产方法。
背景技术
具有阻隔性能的基底对于包装食物、饮料或其他对环境影响敏感的产品非常重要。通常使用如刮刀涂布、棍棒(杆)涂布、对辊(薄膜)涂布或者气刀涂布的公知的涂布技术，使这些基底具有阻隔层。然而，这些涂布方法中的每一种都存在其自身固有的问题，即能够产生劣质的阻隔质量。此外，所有这些方法的一个常见特点是：对于通常具有凸起或凹进的不规则表面的纸基料来说，涂布液体用量随着其施用于凸起还是凹进上而不同。所以，涂层厚度及其相应的阻隔性能在整个涂布基底表面上的变化，导致了阻隔性能的不规则性。而且，所述方法也受到涂布于基底上的涂层厚薄的限制。现有技术中公知的所述涂布方法的另一缺点是：在每一涂布位置仅能将单涂层涂布在基底上。如果要将几个阻隔层涂布于一个基底上，那么上述的每一涂层都需要一个分离的涂布位置或者在进一步的涂布机上接着进行涂布。当试图将另一涂层涂布于具有极强疏水性能和防水性能的涂层上时，加工多涂层的连续涂布的方法是不理想的，其中现有技术的连续涂布步骤难以实现。尽管有很多缺点，由于其经济性尤其是可以实现极高线速度，在造纸工业中这些涂布方法仍然是主要的制备方法。
幕涂是一种比较新的涂布技术。欧洲专利EP-A-517223以及日本专利申请JP-94-89437、JP-93-311931、JP-93-177816、JP-93-131718、JP-92-298683、JP-92-51933、JP-91-298229、JP-90-217327和JP-8-310110公开了幕涂方法的运用，即将一层或者多层着色涂层涂于一移动纸张表面。更明确地，现有技术涉及：
(i)幕涂方法适用于将单层着色涂层涂布于原纸基底上，从而在纸张上形成单层着色涂层。
(ii)在使用刮刀涂布方法进行涂布单层着色顶层之前，幕涂方法适用于将有色单一底层涂布于原纸基底上。这样通过顺序涂布着色涂层，可以获得纸张的多层着色涂层。
(iii)幕涂方法适用于将单一着色顶层涂布于原纸基底上，该基底已用刮刀涂布或计量辊涂布方法涂布了单层着色预涂层。这样通过顺序涂布着色涂层，可以获得纸张的多层着色涂层。
(iv)幕涂方法适用于将两层专用着色涂料的两单层涂布于一原纸基底上，以便该单层在连续方法中得到应用。这样通过进行顺序涂布着色涂层，可以获得纸张的多层着色涂层。
与上述讨论的现有技术所公开的一样，与使用传统涂布方法生产的纸张表面相比，将单层着色涂层涂布于移动的纸张基料表面的幕涂方法，可以生产出具有高质量的涂层纸张表面。然而，使用幕涂技术的单层着色涂层的顺序涂布受到幕涂方法中动力学特性的限制。特别地，重量轻的涂层只能在低于目前常规涂布方法中所用的涂布速度下制成，因为在高涂布速度下这种涂布幕变得不稳定以致形成较差的涂层表面。所以，生产多层涂布的纸张和纸板的常规方法是刮刀涂布、辊棒或辊筒涂布方法。遗憾地是，无论使用上述任何涂布方法，由于所需涂布位置的数量、所需辅助硬件如传动装置、干燥设备等的量以及放置这些机器的空间，在连续涂布位置进行纸张或纸板的连续着色单层的涂布中的应用仍然是一个资金密集型方法。
用于进行多涂层同时涂布的幕涂方法是公知的，美国专利US3508947和3632374中描述了该方法，用于将照相组合物涂布于纸或塑料基料上。然而，照相溶液或乳剂具有低的粘度和低的固形物含量，且该方法在低涂布速度下进行。
除了照相应用外，从压敏复印纸制备技术中可以了解到利用幕涂方法同时进行多涂层涂布。例如，美国专利US4230743公开了在一个实施方案中将底层涂料和第二层同时涂布于移动的基料上，其中底层涂料包括微胶囊作为主要成分，第二层包括一种有色显影剂作为主要成分。然而，据报道所得纸张与顺序涂布得到的纸张具有同样的性质。此外，这种含有色显影剂的涂料组合物的粘度在22℃时为10-20cps。
日本专利申请JP-A-10-328613公开了用幕涂方法将两涂层同时涂布于纸基料上以制造喷墨纸。根据该参考的教导，使用的涂层组合物是具有8重量％的极低固形物含量的水溶液。此外，为了获得涂层溶液的非牛顿行为添加了增稠剂。日本专利申请JP-A-10-328613中的实施例显示了只有在线速度低于400米/分钟时才能获得可接受的涂层质量。
由于现有技术的不足，人们期待经济的、用于制备具有阻隔性能的如纸或纸板基底的改进方法。
发明内容
本发明的根本技术问题是提供了一种包括阻隔性能、克服了现有技术缺点的涂布基底的生产方法。本发明进一步的目的是将多层阻隔涂层涂布于基底上，藉此每一阻隔涂层具有一种专用阻隔功能，从而通过选择所述专用涂层可以设计具专用阻隔功能的基底。
使用一种涂布基底的生产方法解决了本发明的技术问题，该方法包括的步骤是：
a)制备一种复合的、多层自由流动涂布幕(free flowing curtain)，藉此该多层自由流动涂布幕包括至少两层、具有至少两种不同阻隔功能的涂层，该阻隔功能选自油类和/或油脂阻隔功能、水蒸气阻隔功能、防水功能、溶剂阻隔功能、香气阻隔功能和氧气阻隔功能。和
b)将涂布幕与连续的基料基底接触，藉此，
如果在多层涂布幕中存在具油类和/或油脂阻隔层，该涂布基底在平整测试中的Kit值至少为5，
如果在多层涂布幕中存在水蒸气阻隔层，该涂布基底的水蒸气透过速率小于50克/(平方米/天)(50％相对湿度，23℃)，
如果在多层涂布幕中存在防水层，该涂布基底的10分钟Cobb值小于20克/平方米，
如果在多层涂布幕中存在氧气阻隔层，该涂布基底的氧气透过速率小于200立方厘米/(平方米/24小时/巴)(1标准大气压，23℃，90％相对湿度)。基于本发明的目的，当存在有机溶剂阻隔功能时，根据商业上可接受的标准，该涂层提供一种有机溶剂的阻隔功能。基于本发明的目的，当存在香气阻隔功能时，根据商业上可接受的标准，该涂层提供一种香气阻隔功能。
这里所用的术语“涂布基底”也包括涂布原纸或纸板。术语“连续的基料基底”包括原纸和纸板的连续基料基底。此外，这里所用的术语“阻隔层”可理解为提供至少一种上述阻隔功能的涂层。
本发明的多层自由流动涂布幕包括底层或界面层、顶层和任选的一个或多个内层。本发明的涂布幕包含至少两层，优选至少三层，较优选至少四层，更优选至少五层，最优选至少六层。涂布幕的涂层可以包括一层或多层印刷层，一层或多层功能层，一层或多层间隔层，一层或多层涂布层，和具阻隔功能的涂层等，或者它们的任意组合。间隔层是能隔离至少两个其它层的层。涂布幕的每一层包括液体、乳剂、分散剂、悬浮液或溶液。在优选实施方案中，步骤a)中的自由流动涂布幕包含提供了可印性的顶层。
优选步骤a)的多层涂布幕包括至少一个涂层，该涂层包括至少一种颜料例如粘土、高岭土、煅烧粘土、滑石、碳酸钙、二氧化钛、缎光白、合成麦羟硅石(magadiite)、合成聚合物颜料、氧化锌、硫酸钡、石膏、硅石、氢氧化铝、云母和硅藻土。特别优选高岭土、滑石、碳酸钙、二氧化钛、缎光白和包括中空的聚合物颜料的合成聚合物颜料。为了提高阻隔性能，至少一个涂层可包括某一片状颜料，例如滑石、层状微粒、高长宽比粘土、云母、合成麦羟硅石等。
此外，在步骤a)的多层涂布幕中，至少一层包括粘合剂。在实施本发明时有用的粘合剂包括如苯乙烯-丁二烯胶乳、苯乙烯-丙烯酸酯胶乳、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈胶乳、苯乙烯-丙烯酸酯-丙烯腈胶乳、苯乙烯-丁二烯-丙烯酸酯-丙烯腈胶乳、苯乙烯-顺丁烯二酐胶乳、苯乙烯-丙烯酸酯-顺丁烯二酐胶乳、多糖、蛋白质、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、纤维素和纤维素衍生物。优选粘合剂包括羧化苯乙烯-丁二烯胶乳、羧化苯乙烯-丙烯酸酯胶乳、羧化苯乙烯-丁二烯-丙烯腈胶乳、羧化苯乙烯-顺丁烯二酐胶乳、羧化多糖、蛋白质、聚乙烯醇、羧化聚乙烯乙酸酯及其混合物。多糖的实例包括琼脂、藻酸钠和淀粉，该淀粉包括改性淀粉如热改性淀粉、羧甲基化淀粉、羟乙基化淀粉和氧化淀粉。可用于本发明方法中的蛋白质的实例包括白蛋白、大豆(soy)蛋白和酪蛋白。
可以调节涂布幕每一层的涂层重量以获得所需涂布基底的性能。步骤a)的多层涂布幕中至少一个涂层适宜地具有小于30克/平方米的干涂层重量，优选小于20克/平方米，较优选小于10克/平方米，更优选小于5克/平方米，以及最优选小于3克/平方米。
由步骤a)中多层涂布幕制备的涂层优选在所制纸张上的干涂层重量为3-60克/平方米，较优选为5-25克/平方米。由涂布幕制备的涂层理想的干涂层重量为小于60克/平方米，可选小于30克/平方米，可选小于20克/平方米，可选小于15克/平方米，可选小于12克/平方米，可选小于10克/平方米，最优选小于5克/平方米。
每一阻隔层的粘度和固形物含量可以根据其预期性能而大大改变。只要获得适宜的阻隔性能，粘度和固体含量的任何组合都可以应用。本发明的多层涂布幕的每一阻隔涂层优选的固形物含量为高达75重量％，其粘度高达3000cps(布氏，心轴5，100rpm，25℃)，更优选30-2000cps。优选阻隔层涂层重量为0.1-30克/平方米，更优选1-10克/平方米。令人满意地，阻隔层的粘度至少为50cps，优选至少100cps，更优选至少200cps，最优选230-2000cps。
步骤a)的自由流动涂布幕优选的固形物含量为至少10重量％，优选至少40重量％，更优选至少45重量％和最优选至少50重量％。只要各层能形成自由流动涂布幕，涂布幕的各层粘度就不是很关键了。
本发明步骤a)的涂布幕可进一步包括一层或多层非阻隔功能的涂层。功能涂层的目的是在涂布的纸上形成预期的功能。选定得功能涂层可提供的功能为：例如适印性、片材刚度、片材柔韧性、抗折叠破裂性、纸张定型性、防粘着性、粘合性能、热密封性能、抗磨损性和如色泽、亮度、不透明度、光泽度等的光学性能。由于粘性涂布材料能将基底粘接在导向辊或其他涂布设备上，非常粘的功能涂层通常不采用常规的连续涂布方法进行涂布。另一方面，同时多层涂布方法使该功能涂层置于顶层之下来保护功能涂层不与涂布设备接触。
理想地，即使在基底折叠或弯曲后，仍可保持涂布基底的阻隔性能。根据使用Heildelberg快速折叠器将涂布样品折叠而对折叠的基底进行目测来判定涂布基底的抗折叠破裂性。本发明涂布基底的抗折叠破裂性优选至少为2。在本发明一个实施方案中，使用柔韧的功能涂层和/或柔韧阻隔涂层以增加涂布基底的抗折叠性。
在优选实施方案中，步骤a)的多层涂布幕包括至少一具阻隔性能的涂层，该涂层包括至少一种或多种成分，例如乙烯丙烯酸共聚物、乙烯乙烯醇共聚物、聚氨酯、环氧树脂、聚酯、聚烯烃、羧化苯乙烯-丁二烯胶乳、羧化苯乙烯丙烯酸酯胶乳、聚偏1，1-二氯乙烯、聚氯乙烯、淀粉、蛋白质苯乙烯-丙烯酸共聚物、苯乙烯顺丁烯二酐、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、羧甲基纤维素、硅氧烷、蜡、氯丁二烯橡胶、聚羟基醚、漆、聚乳酸、聚乳酸共聚物、含氟原子的聚合物、诸如羧化苯乙烯丁二烯丙烯腈共聚物的丙烯腈共聚物，以及它们混合物。
优选地，在步骤a)多层自由流动涂布幕的复合物中，与待涂布基底接触的界面层不是阻隔层。界面层的一个重要功能是促进基底的润湿。界面层可以有一种以上性能。例如，除了润湿外，它可以覆盖基底，以及改善诸如粘合作用、定型性能、硬度或这些性能组合的表现。如果没有提供附加性能，优选该涂层相对较薄。界面层适宜的涂层重量为0.1-30克/平方米，优选1-3克/平方米。以界面层在涂布幕中所占的重量计，界面层适宜的固形物含量为0.1-75％。在一个实施方案中，界面层的固形物含量相对较低，优选的固形物含量为0.1-40％。优选界面层的粘度为至少55cps，较优选至少100cps，更优选至少200cps。优选中间层的粘度为230-2000cps。
在一个优选的实施方案中，步骤a)的多层自由流动涂布幕的至少一层包括本领域技术人员熟知的添加剂，例如至少一种表面活性剂、至少一种分散剂、至少一种润滑剂、至少一种保水剂、至少一种交联剂、至少一种荧光增白剂、至少一种颜料染料或着色剂、至少一种增稠剂、至少一种消泡剂、至少一种防沫剂、至少一种抗微生物剂或至少一种可溶性染料或者着色剂等。也可以使用添加剂的混合物。
优选在涂布前对涂层颜料进行脱气，来消除引起涂层瑕疵的涂层中的气泡。
根据本发明，通过使用具有滑动喷嘴装置的幕涂设备，可同时进行幕式涂层的涂布，该滑动喷嘴装置用来传送多层液体涂层以形成连续的多层涂布幕。可选一种挤出型的供给头如缝隙式口模或喷嘴可以应用于本发明的实施中，该供给头具有几个相邻挤出喷嘴。
利用本领域技术人员公知的方法可确定所得涂布基底的阻隔性能。
当多层涂布幕存在油类和/或油脂阻隔层时，优选涂布基底具有在平整测试(flat-test)中至少为5的Kit值和/或在折痕测试(creased-test)中至少为3的Kit值。当多层涂布幕中存在油类和/或油脂阻隔涂层时，优选涂布基底可以通过抗热油(油酸)污染性测试，其详细说明如下。在优选的实施方案中，当步骤a)的多层涂布幕存在油类和/或油脂阻隔层时，涂布纸张或纸板具有在平整测试中至少为8的Kit值，更优选至少为11和最优选至少为12。而且，如果步骤a)多层涂布幕存在油类和/或油脂阻隔层时，涂布纸张或纸板具有在析痕测试中至少为4的Kit值，更优选至少为7。
优选涂布基底的水蒸气透过速率小于40克/(平方米/天)(50％相对湿度，23℃)，更优选小于30克/(平方米/天)和最优选小于10克/(平方米/天)。
当在多层涂布幕中存在防水涂层时，优选涂布基底的10分钟Cobb值小于12克/平方米，较优选小于6克/平方米，更优选小于1.5克/平方米和最优选小于0.5克/平方米。
当在多层涂布幕中存在氧气阻隔层时，优选涂布基底的氧气透过速率小于150立方厘米/(平方米/24小时/巴)(1标准大气压，23℃，90％相对湿度)，较优选小于100立方厘米/(平方米/24小时/巴)和更优选小于50立方厘米/(平方米/24小时/巴)。
在一个实施方案中，步骤b)中连续的基料基底既不进行预涂布也不进行预压延。在另一实施方案中，步骤b)中连续的基料基底不进行预涂布，以及在进一步的实施方案中步骤b)中连续的基料基底不进行预压延。
步骤b)中连续的基料基底可具有适于制备可接受涂布基底的基料速率。优选的速率为至少200米/分，较优选至少400米/分，更优选至少500米/分和最优选至少800米/分。
步骤b)中连续的基料基底优选具有30-400克/平方米的克重或定量重。
附图说明
图1为具有滑动喷嘴装置2的优选幕涂设备1的示例性截面图，该滑动喷嘴装置2用以传送幕式涂层的多层流体3，而形成连续的多层涂布幕4。当达到动态平衡状态时，流入滑动喷嘴装置2的涂布幕层流量与流出滑动喷嘴装置的流量完全平衡。自由下落的多层涂布幕4与连续移动的基料5接触，因而基料5上涂覆有不同的多层涂布幕。在涂布区域之前利用滚筒6改变基料5的运动方向，从而将伴随快速移动的基料5的空气流的影响降至最低。
在现有技术的基础上，本发明的优点在于：通过在多层涂布幕中结合专用功能层，能获得具有专用阻隔性能的涂布阻隔基底。所述技术能够在一个涂布步骤中将许多阻隔层涂布在一个基底上。此外，涂布的阻隔层比现有技术中目前的阻隔层更薄。本发明的方法也克服了在已干燥的阻隔层上涂布颜料的润湿性或抗水性的问题，该问题出现在多步骤薄膜挤压或刮刀涂布方法中。本发明的涂布基底适用于易弯曲产品和液体包装，并且也可用于制造产品的一种经济的保护。
具体实施方式
本发明由以下实施例举例说明。除非另外说明，所有的份数和百分比均按重量计算。
实施例
测试方法
热油测试
将60℃的热油(油酸)在室温下放置在样品上1小时，目测样品的玷污状况。如果有污渍，该结果是不合格的。随后，在室温下将合格样品放于在60℃的烘箱中24小时，此后擦掉油后目测玷污状况。如果没有污渍就是合格的。如果有污渍存在就是不合格的。
湿气渗透率(MVTR)
使用纸浆和纸张工业技术协会(technical association of the pulp andpaper industry)(TAPPI)测试T-448测量水蒸气阻隔性能。该过程描述了在23℃和50％相对湿度下测试湿气渗透率的方法。单位是【克/平方米/天】。
Cobb测试
防水性是测量涂层抵抗浑浊的表面水通过的能力。这是Cobb尺寸测试。Cobb方法测试纸张对水分的吸收性，根据TAPPIT-441中规定的测试过程进行。
Kit测试
根据TAPPIT-559规定的测试过程完成3M Kit测试。
氧气阻隔性
根据ASTMD1434规定的测试过程完成氧气阻隔性测试。
抗折叠破裂性测试
使用Heildelberg快速折叠器折叠涂布样品，目测折叠基底来判定涂布基底的抗折叠破裂性。在折叠前，将样品置于25℃和50％相对湿度(RH)下24小时，然后施加黑色油墨薄膜来增强对比度。在折叠后，目测褶皱并将其确定为1-5个等级。等级1表示褶皱中的薄膜没有损害。等级2表示有一些损害但薄膜保持完整。等级3表示薄膜损坏，出现了薄膜与基底的一些分层。等级4表示薄膜已经损坏但纤维没有损坏。等级5表示薄膜损坏且纤维也损坏。
布氏粘度
使用布氏RVT粘度计(来自Brookfield Engineering Laboratories，Inc.，Stoughton，Massachusetts，USA)测定粘度。为了测定粘度，将600毫升样品注入1000毫升烧杯中，在25℃和20-100rpm的心轴速度下测定粘度。
涂层重量
在每一次纸张涂布实验中获得的涂层重量由以下数据计算得到，将涂层泵送到幕式涂头的已知的容积流动速率，在幕式涂头下纸基料不断连续移动的速度，涂布幕的密度和固形物的百分比，以及涂布幕的宽度。
涂层密度
通过在比重瓶中称重100毫升涂层样品来测定涂布幕涂层密度。纸张光泽度
使用Zehntner ZLR-1050测试仪在入射角为75度下测定纸张光泽度。
油墨光泽度
在带有Lorrilleux Red Ink No.8588的Pruefbau测试印刷(testprinting)设备上进行该测试。将其量为0.8克/平方米(或者分别为1.6克/平方米)的油墨施加在涂布纸张测试带上，该测试带安装在有钢制印刷盘的长橡胶背垫压板上。施加油墨的压力为1000牛顿而速度为1米/秒。在20℃和55％最小房间湿度下，干燥打印带12小时。随后在入射角为75度下、在Zehntner ZLR-1050测试仪上测定光泽度。
油墨粘脏(set off)
该测试是在Pruefbau测试印刷设备上进行。将250立方毫米的油墨(Huber No 520068)在分布机上散布1分钟。通过将其放置在分布机上15秒而在金属印刷盘上涂油墨。该盘放于第一印刷位置。在第二印刷位置上放置未涂油墨的金属印刷盘，施加400牛顿的压力。将安装在橡胶背垫压板上的涂布纸带在1.5米/秒的速度和1000牛顿印刷压力下印刷。印刷开始记为时间0。在第一印刷位置印刷该带后，通过移动手柄将带移向第二印刷位置，或者粘脏位置。在粘脏位置上，在印刷的纸张和金属盘之间放置空白的纸带。在15秒、30秒、60秒、120秒时，通过移动手柄在粘脏位置上将空白纸带相对于印刷样品挤压。通过用光学密度测量仪测出的油墨密度测量从印刷纸张传输到空白纸带的非固定的油墨量。
亮度
在Zeiss Elrepho 2000上测定亮度。根据ISO标准2469在一堆片材上测定亮度。结果是R457。
耐干燥污点(dry pick resistance)(IGT)
该测试测量纸张表面在无污点的情况下接受油墨传递的能力。该测试在A2型适印性测试仪上进行，该测试仪可从IGT Reprotest BV处购得。使用涂有油墨的铝盘在36牛顿的印刷压力下，利用摆锤式驱动系统和从Reprotest BV处购得的高粘度测试油(红色)印刷涂布纸带(4毫米×22毫米)。印刷完成后，在立体显微镜下标记出涂层开始显示污点的距离。然后将标记的距离转化成IGT速率曲线，从相应驱动曲线上读出以厘米/秒为单位的速率。高速率表示高的耐干燥污点能力。
润湿污点
该测试在装有湿润室的Pruefbau测试印刷装置上进行。500立方毫米的印刷油墨(Hueber1，2，3或者4，取决于纸总的耐湿润污点性)在分布机上散布2分钟，每一次印刷后重新用60立方毫米的油墨着墨。通过将其放置在分布机上15秒钟，对硫化橡胶印刷盘着墨。然后，将10立方毫米的蒸馏水注入润湿室，并将其散布于整个橡胶辊筒上。将涂布纸带安装在橡胶背垫的压板上，并用600牛顿的印刷压力印刷，而印刷速度为1米/秒。当其通过润湿室时，用水测试条湿润涂布纸的中心带。在从润湿室中出来后立即在相同测试带上进行印刷。在安装于橡胶背垫的压板的第二涂布纸张测试带上完成印刷盘的翻印，印刷压力为400牛顿。测量两测试带上的油墨密度并用于下述方案：
纸张粗糙度
用Parker印刷品表面粗糙度测试仪(print roughness tester)测量涂布纸张表面的粗糙度。在1000千帕的夹紧压力下将涂布纸张的样品片夹持于软木-聚酯薄膜压板和测量头之间。在400千帕下将压缩气体灌入测量仪中，测量在测量头和涂布纸张表面之间空气的漏出量。较高的数值表示涂布纸张表面的粗糙度较高。
耐溶剂性
阻隔层的耐溶剂性是指在一段时间内抵御溶剂的腐蚀而且具有在外观、尺寸、机械性能和重量方面最小变化量的能力。测试条件包括暴露的长度、浓度、温度和内应力。多层阻隔基底的耐溶剂性可以用ASTM D543测定。耐溶剂性的最终等级取决于其应用。
香气阻隔
防止香气损失的阻隔层是抑制香气通过阻隔层渗透出去的材料。在控制温度和驱动力的条件下，利用香气通过样品传输的测量来测定可渗透性。根据香气化合物的特性，可以使用许多分析技术检测渗透性。渗透结果记录为在路径长度、时间和压差上的质量单位。
配方
下述原料用于涂料液体中：
碳酸盐：90％的颗粒尺寸小于2μm的碳酸钙在水中的分散体(HYDROCARB 90 ME可从瑞士Oftringen Omya AG购得)，固形物含量为77％。
粘土：98％的颗粒尺寸小于2μm的1号高亮度高岭粘土在水中的分散体(HYDRGLOSS 90可从美国马里兰州Have de Grace的J.MHuber公司购得)，固形物含量为71％。
胶乳(A)：羧化苯乙烯-丁二烯胶乳(DL 966，由美国密歇根州，米德兰Dow化学公司购得)，水中的固形物含量为50％。
胶乳(B)：羧化苯乙烯-丁二烯胶乳(DL 980由美国密歇根州米德兰Dow化学公司购得)，水中的固形物含量为50％。
PVOH：15％低分子量的合成聚乙烯醇溶液(MOWIOL 6/98由瑞士巴塞尔Clariant AG购得).
表面活性剂：二烷基磺基琥珀酸钠的水溶液(AEROSOL OT由美国新泽西州韦恩的Cyanamed购得)，固形物含量为75％。
PE分散体(A)：分散在水中、具有最小成膜温度为26℃和Tg为4℃的乙烯丙烯酸共聚物阴离子分散体(TECHSEAL E-799/35，由瑞士Ramsen的Trueb Chemie购得)，固形物含量为35％。
PE分散体(B)：在水中的乙烯乙烯醇共聚物(EXCEVAL AQ 4005，由比利时Zwijndrecht的EVAL Europe购得，该产品是以干燥粉末运输，溶液在涂料器中制成)，水中固形物含量为15％。
增白剂：荧光增白剂衍生自二氨基-1，2-二苯乙烯二磺酸得到(TINOPAL ABP/Z，由瑞士Basel的CibaSpecialty Chemicals Inc.购得)。
涂布过程
根据下述步骤将各种成分涂布在以500米/分的速度下移动的纸上。使用Troller Schweizer Engineering(TSE Murgenthal瑞士)制造的多层滑动口模式幕涂机。幕涂装置配备有用细流水润滑的边缘导板和一真空抽吸装置，该真空抽吸装置用以去除刚好在涂布纸张边缘上方边缘导板底部的边缘润滑水。另外，幕涂机装有真空抽吸装置用以去除来自涂布幕冲击区逆流而上的界面表层空气。涂布幕的高度为300毫米。涂料配方在使用前进行脱气处理以去除气泡。
实施例1
上述成分混合的配比含量以及使用的涂层重量如表1所示。
表1
  缝隙1   缝隙2   缝隙3   缝隙4   缝隙5
    碳酸盐     70     70     70
    粘土     30     30     30
    胶乳(A)     11
    胶乳(B)     50     50
    PVOH     1     1     2.5
    PE分散体(B)     100
    PE分散体(A)     100
    表面活性剂     0.4     0.2     0.4     0.4     0.2
    增白剂     1
    密度(g/cc)     1.34     0.98     1.34     1.03     1.57
    粘度(100rpm布氏)(mpa·s)     430     320     430     300     1040
    涂层重量(g/m2)     6     2     2.5     2.5     4.5
    PH值     8.5     8.2     8.5     9.1     8.5
    固形物(％)     59.9     34.7     59.9     16     65.1
通过加入NaOH溶液(10％)将着色涂布配方的PH值调节到表1所示的数。为了调整配方中固形物含量，必要时加水。
将着色涂层(缝隙1)与纸张直接相邻。其配方含有高含量的低Tg胶乳以确保为阻隔纸张提供优良的耐折叠破裂性以及含有水溶性聚合物以形成界面层。下一层(缝隙2)含有乙烯丙烯酸分散体以形成水和水蒸汽阻隔层。下一层(缝隙3)包含着色层，该着色层含有高含量的低Tg胶乳以确保为阻隔纸张提供优良的耐折叠破裂性。下一层(缝隙4)包含水溶性乙烯乙烯醇共聚物以提供优良的耐油脂和油类性能。顶层(缝隙5)是颜料层，在其配方中该颜料层含有光学增白剂以形成优良的印刷表面。
实施例2
重复实施例1的方法，不同的是取消中间涂层(表1的缝隙3)，以及将阻隔涂层和印刷顶层的涂层重量调节至如表2所示。
表2
    位置1     位置2     位置3     位置4
    碳酸盐     70     70
    粘土     30     30
    胶乳(A)     11
    胶乳(B)     50
    PVOH     1     2.5
    PE分散体(B)     100
    PE分散体(A)     100
    表面活性剂     0.4     0.2     0.4     0.2
    增白剂     1
    密度(g/cc)     1.34     0.98     1.03     1.57
    粘度(100rpm布氏)(mpa·s)     430     320     300     1040
    涂层重量(g/m2)     6     3     1.5     6
    PH值     8.5     8.2     9.1     8.5
    固形物(％)     59.9     34.7     16     65.1
实施例3
重复实施例2的方法，不同的是将缝隙1的涂层重量减少为2g/m2并将缝隙2和缝隙3的阻隔层的涂层重量分别增加至5和2.5g/m2。
表3包含了各实施例的Cobb、MVTR、Kit、和HotOil性能。
表3
 10分钟Cobb值(g/m2) 水蒸气透过速率(g/m2/24h)T＝23℃，RH＝50％/T＝38℃，RH＝90％ Kit平整/折痕 热油
实施例1  8.9  9.12/162  7/不合格 合格
实施例2  10.3  n.m./119  5/n.m. 合格
实施例3  11.1  n.m./94  12/3 合格
n.m.＝未测量
表3的结果显示将能够从多层涂布幕中获得改进的水分和油类/油脂阻隔性能的组合。
表4概括了各实施例中涂布纸张的性能。
表4
    涂布纸张性能   实施例1     实施例2     实施例3
    纸张光泽75°     63     62     66
油墨光泽75°；0.8g/m2油墨     85     77     88
油墨光泽75°；1.6g/m2油墨     91     88     93
    平整度PPS H 100     1.3     1.3     1.0
    ISO亮度R457     92.5     93.7     93.7
    IGT干燥污点     ＞110     ＞110     ＞110
    湿润污点：油墨传输     2     24     23
    湿润污点：油墨拒绝     98     70     75
    湿润污点：湿润粘附     0     6     2
    15秒后油墨粘脏     1.22     1.09     1.13
    30秒后油墨粘脏     1.14     0.92     1.10
    60秒后油墨粘脏     1.10     0.72     0.93
    120秒后油墨粘脏     1.07     0.64     0.89
表4结果显示，与目前商业化的纸张相比，带阻隔层和顶层印刷层的多层涂布幕提供了可接受的涂布纸张性能。

Claims (28)

1.一种涂布基底的生产方法，其包括如下步骤：
a)制备一种复合的多层自由流动涂布幕，藉此该多层自由流动涂布幕包括至少两层、具有至少两种不同阻隔性能的涂层，该阻隔性能选自油类和/或油脂阻隔性能、水蒸气阻隔性能、防水性能和氧气阻隔性能，和
b)将所述涂布幕与连续的基料基底接触，藉此，
如果在多层涂布幕中存在油类和/或油脂阻隔层，所述涂布基底在平整测试中的Kit值至少为5，
如果在多层涂布幕中存在水蒸气阻隔层，所述涂布基底的水蒸气透过速率小于50克/(平方米/天)(50％相对湿度，23℃)，
如果在多层涂布幕中存在防水层，所述涂布基底的10分钟Cobb值小于20克/平方米，
如果在多层涂布幕中存在氧气阻隔层，所述涂布基底的氧气透过速率小于200立方厘米/(平方米/d/巴)(1标准大气压，23℃，90％相对湿度)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a)的自由流动涂布幕包括提供适印性的附加顶层。
3.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于如果步骤a)中存在油类和/或油脂阻隔层，在平整测试中所述涂布基底的Kit值至少为8，优选在平整测试中至少为11。
4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于如果步骤a)中存在水蒸气阻隔层，则所述涂布基底的水蒸气透过速率小于40克/(平方米/天)(50％相对湿度，23℃)，优选小于30克/(平方米/天)(50％相对湿度，23℃)。
5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于如果步骤a)中存在防水阻隔层，则所述涂布基底的10分钟Cobb值小于12克/平方米，优选小于1.5克/平方米。
6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于如果步骤a)中存在氧气阻隔层，则所述涂布基底的氧气透过速率小于150立方厘米/(平方米/24小时/巴)(1标准大气压，23℃，90％相对湿度)，优选小于100立方厘米/(平方米/24小时/巴)。
7.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于步骤a)中多层涂布幕包括附加的界面层，其与基底接触。
8.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于步骤a)中多层涂布幕包括提供耐折叠破裂性的至少一个附加层。
9.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于步骤a)的多层涂布幕中的至少一个涂层具有干燥时小于30克/平方米的涂层重量，优选小于20克/平方米，最优选小于10克/平方米。
10.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于步骤a)的多层涂布幕具有干燥时小于60克/平方米的涂层重量，优选小于30克/平方米。
11.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于步骤a)的多层涂布幕至少包括3个涂层，优选至少4层，更优选至少5层和最优选至少6层。
12.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于步骤a)的多层涂布幕至少包括一个包括至少一种颜料的涂层。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于颜料选自粘土、高岭土、煅烧粘土、滑石、碳酸钙、层状微粒、高长宽比粘土、二氧化钛、缎光白、合成聚合物颜料、氧化锌、硫酸钡、石膏、合成麦羟硅石、硅石、氢氧化铝、云母和硅藻土。
14.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于步骤a)的多层涂布幕中提供阻隔性能的至少一个涂层包括至少一种或多种组分，其选自：乙烯丙烯酸共聚物、乙烯乙烯醇共聚物、聚氨酯、环氧树脂、聚酯、聚烯烃、羧化苯乙烯-丁二烯胶乳、羧化苯乙烯丙烯酸酯胶乳、聚偏1，1-二氯乙烯、聚氯乙烯、淀粉、蛋白质、苯乙烯-丙烯酸共聚物、苯乙烯顺丁烯二酐、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、羧甲基纤维素、硅氧烷、蜡、氯丁二烯橡胶、聚羟基醚、漆、聚乳酸、聚乳酸共聚物、含氟原子的聚合物、诸如羧化苯乙烯丁二烯丙烯腈共聚物的丙烯腈共聚物，和它们的混合物。
15.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于步骤a)的多层自由流动涂布幕中至少一个涂层包括至少一种表面活性剂。
16.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于步骤a)的多层自由流动涂布幕具有至少10重量％的固形物含量，优选至少40重量％，最优选至少45重量％。
17.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于步骤b)中连续的基料基底为原纸或者纸板。
18.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于步骤b)中连续的基料基底既不进行预涂布也不进行预压延。
19.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于步骤b)中连续的基料基底具有至少200米/分的基料速率，优选至少400米/分，最优选至少500米/分。
20.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于步骤b)中连续的基料基底具有30-400克/平方米的克重或定量。
21.一种由上述任一项权利要求所述的方法获得的涂布基底。
22.根据权利要求21所述的涂布基底，其特征在于所述涂布基底是涂布纸张或纸板。
23.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于步骤a)的多层涂布幕包括至少一个附加层，该附加层提供至少一种如下性能：片材硬度、片材柔韧性、防粘着性、粘合性能、摩擦控制、热密封性能、耐磨损性。
24.一种涂布基底的生产方法，其包括如下步骤：
a)制备一种复合的多层自由流动涂布幕，藉此该多层自由流动涂布幕包括至少两层、具有至少两种不同阻隔性能的涂层，该阻隔性能选自油类和/或油脂阻隔性能、水蒸气阻隔性能、防水性能、香气阻隔性能、有机溶剂阻隔性能和氧气阻隔性能，和
b)将所述涂布幕与连续的基料基底接触。
25.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述涂布幕是使用缝隙式口模形成的。
26.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述涂布幕是使用滑动口模形成的。
27.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述涂布幕的至少一个涂层包括聚环氧乙烷。
28.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述涂布幕在界面层中包括聚环氧乙烷。
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