JP2020517783A - ヒートシール性バリアコーティング - Google Patents

Abstract

本発明は、脂、油、水等を含有する製品の包装に使用される基材をコーティングするのに適したヒートシール性水系コーティング組成物を提供する。コーティング組成物は、アクリルポリマーまたはコポリマーエマルジョンと溶融ワックスとを含む。基材は、例えばカップなどの容器に成形されてよい。コーティングは、例えば、脂、油、水、および他の液体の浸透に耐性があるバリアを提供する。さらに、コーティング組成物は堆肥化可能である。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年４月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／４９１，３０１号、および２０１７年５月２４日に出願された米国仮特許出願第６２／５１０，３１５号の優先権を主張し、その各々はその全体が本明細書に組み込まれる。

発明の分野
本発明は、紙または板紙基材をコーティングするのに適したコーティング組成物に関する。具体的には、本発明は、基板に塗布されると水、脂および油に耐性があるバリアコーティング組成物に関する。

発明の背景
紙および板紙などのセルロース系材料に基づく包装製品および容器は、油、脂、水、および他の液体を通す。ワックス、ポリマー、フッ化炭素等のようなコーティングで紙および板紙をコーティングまたは処理するのが通例である。コーティングは、食品または保護を必要とする他の製品を包装するために不可欠なバリア性を与える。いくつかの用途では、コーティングはヒートシール性である必要がある。

このタイプの包装の進化は、包装の堆肥化性（ｃｏｍｐｏｓｔａｂｉｌｉｔｙ）および再パルプ化性（ｒｅｐｕｌｐａｂｉｌｉｔｙ）を確保するために、ワックスまたはラミネートを、紙または板紙上にコーティングされたポリエチレンフィルムで置き換えることであった。ワックスおよびポリエチレンフィルムは優れたバリア性を与えるが、紙または板紙のリサイクル時の再パルプ化プロセス中に問題になる。

堆肥化性は３つの要素：生分解性、崩壊性、および生態毒性を包含する。生分解性は、微生物によって消費される材料の固有の性質を定量的に示す。生分解性は、材料の蓄積を防ぐことによって環境を保護する。崩壊性は、材料が壊れて崩れ、それにより堆肥工場のオペレータを保護するかどうかを測定する。材料は生分解性であってよく、または生分解性でなくてよい。生態毒性試験は、材料が、堆肥化後、植物の成長、または土壌動物相もしくは水生動物相の生存に任意の阻害を示すかどうかを決定する。再パルプ化可能（ｒｅｐｕｌｐａｂｌｅ）とは、標準的なプロセスを使用して、試験材料が、それに続くシート形成のために再湿潤および繊維化の操作を経ることを指す。

揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の使用は、一般に嫌われてきている。食品または飲料容器での使用に、ＶＯＣ非含有水系コーティングの使用が近年注目されている。そのような容器としては、紙包み、プレート、ボウル、カップ、箱等が挙げられる。コーティングは、従来の印刷またはコーティング技術を使用して、オンラインおよびオフラインの両方で塗布され得る。印刷およびコーティング方法としては、フレキソ印刷、輪転グラビア印刷、ブレードコーティング、カーテンコーティング、ロッド（バー）コーティング、または他のそのような好適な塗布手段が挙げられる。したがって、水系コーティングは、耐久性、品質および生産性に加え、印刷機での良好な印刷適正の特性を有する必要がある。

現在、好適なコーティングでコーティングされた紙包装の工業的なヒートシール、例えばカップ作製プロセスのカップ壁は、典型的には２ステッププロセスである。第１のステップはブランクの両端を加熱することからなり、第２のステップは、圧力下で２つの加熱された領域を接触させるようにブランクを好適な形状（例えば、円錐状の筒）に成形することからなる。この成形プロセスでは、ヒートシール性コーティング層、通常はポリエチレンは、それらを軟化させるまたは部分的に溶かすのに適した温度（一般に正確には規定されない）にされる。その後、溶けたコーティングを有する２つの包装ピースまたは同一ピースの先端が互いに押し付けられると、溶けた材料は融合し、２つの表面間の緊密な結合が得られる。

ＣＡ３，３２３，３４１は、裸の紙または板紙基材（すなわちクレーコートのない紙または板紙）をコーティングするために使用される、スチレンブタジエンゴムを含むラテックスコーティングを開示する。ＣＡ３，３２３，３４１のコーティングは、コート紙で通常見られるクレーコートを置き換えるために設計されている。コーティングは、クレーまたはワックスのいずれも含有しない。

ＵＳ６，０７１，６１７は、卵白粉末、可塑剤、乳化剤、および水を含むコーティングを開示する

ＵＳ６，３０７，１９２は、ケイ素系コーティング層を記載する。コーティングは、交互にケイ素および酸素原子を含有する無機鎖状または架橋ポリマー骨格を含むポリマーコーティングである。ポリマー骨格は、有機基または有機鎖によって形成された側鎖および／または架橋も含む。コーティングはワックスを含有しない。

ＵＳ７，０１９，０５４は、脂肪酸メラミン、パラフィンワックスエマルジョン、およびポリビニルアルコールを含むコーティング配合物を開示する。あるいは、コーティング配合物は、脂肪酸メラミンワックスおよびポリビニルアルコールを含んでよい。

ＵＳ７，２８２，２７３は、ワックスおよびポリビニルアルコールを含むコーティング組成物を開示する。コーティングはポリアミンをさらに含んでよい。

ＵＳ５，７６３，１００は、アクリル−スチレンコポリマーおよびワックスを含むバリアコーティング組成物を開示する。

ＵＳ７，３２０，８２５は、ベースコートおよびトップコートでコーティングされた、紙または板紙基材を含む油および脂に耐性がある多層複合材を開示する。ベースコートは、フィルム形成天然または合成ポリマーを含む。トップコートは、分散された少なくとも１つの板状鉱物顔料および少なくとも１つの非板状結晶性鉱物顔料を有する連続ポリマー層を含む。

ＵＳ７，４２７，４４４は、乳化重合エチレン酢酸ビニルポリマーであるコーティングを有するセルロース系製品（例えば、紙または板紙）を記載する。コーティングはワックスを含有しない。

ＵＳ７，７３７，２００は、プロラミン、冷水不溶性ポリマー、水、水溶性共溶媒、および安定剤を含む水性バリアコーティング組成物を記載する。コーティングはワックスを含有しない。

ＵＳ８，４４０，２６２は、水系ワックス非含有コーティングを開示する。

ＵＳ８，７３４，８９５は、フィラー、バインダ、および炭酸カルシウムを含むコーティング組成物を開示する。コーティングはワックス非含有である。

ＵＳ８，７７１，８１２は、１つまたは複数の（メタ）アクリル酸、１つまたは複数の酸モノマー、および任意選択でアクリロニトリル、および１つまたは複数のさらなるモノマーの乳化重合によって調製されるバリア層を有する紙またはボール紙包装を記載する。バリア層はワックスを含有しない。

ＵＳ８，７７１，８３５は、ナノ顔料および１つまたは複数のバインダを有するコーティング、金属化フィルム層、ならびに接着層を含む生分解性高バリア包装を開示する。コーティングはどれもワックスを含有しない。

ＵＳ２００９／０２５２９８０は、アクリル系ポリマー、およびポリオールまたはポリオキサゾリンのような相補成分を含むコーティングを有する耐脂紙製品を開示する。コーティングはワックス非含有である。

ＵＳ２０１０／０１３６３５５は、バインダおよびタルカムを含む紙用水蒸気バリアコーティングを記載する。ワックスを含有するコーティングは問題になると考えられるため、コーティングは好ましくはワックス非含有であり、ワックスが含まれる場合、５ｗｔ％を超えることはできない。

ＵＳ２０１１／０２６２７４５は、水系ポリマーエマルジョンおよび顔料を含むコーティング組成物を開示する。コーティングはワックスを含有しない。

ＵＳ２０１３／０００４７４８は、繊維系基材の表面にバリア層を設ける方法を開示する。バリア層は、電界紡糸または溶融紡糸により表面上にナノファイバを堆積させることによって形成される。

ＵＳ２０１３／０３２３３６８は、デンプン、海藻抽出物、および紙繊維の組み合わせを含むバリアコーティングを記載する。コーティングはワックスを含有してよいが、アクリルエマルジョンを含有しない。

ＷＯ２００７／０５０９６４は、コーティング組成物で処理することによって材料に脂および／または水への耐性を付与する方法を記載する。コーティング組成物は、ワックスおよびポリビニルアルコール、ならびに任意選択でポリアミンを含む。

ＷＯ２０１１／１１０４９８は、アクリルイミドを含むヒートシール性コーティング組成物を開示する。コーティングは少量のワックスを含有してよい。

ＷＯ２０１４／０２８２０３は、放射線硬化性バリアコーティング組成物を記載する。放射線硬化性コーティング組成物は、アクリラートモノマー、アクリラートオリゴマー、微粒子化ワックス、および任意選択で光開始剤を含む。

ＷＯ２０１４／１３０３１１は、１つまたは複数の疎水性脂環式モノマー、１つまたは複数のアルコール官能性ワックスまたはステロール、および１つまたは複数の疎水性ワックス材料を含む、印刷可能な放射線硬化性バリアコーティング組成物を開示する。

ＷＯ２０１５／０４０１３４（ＵＳ９，８４０，８１１）は、少なくとも１つのデンプン系バリア層を有する基材を含む多層包装材料を記載する。

包装向け基材のコーティングに使用され得るバリアコーティング組成物であって、水、油、脂、および他の液体に耐性があるコーティング組成物に対するニーズが依然として存在する。具体的には、十分なバリア性を達成するために現在必要とされる追加の材料および／またはステップの１つまたは複数を排除するであろうヒートシール性コーティング組成物に対するニーズが存在する。

本発明は、紙または板紙などのセルロース系基材用の水系コーティングを提供する。コーティングは、水、油、脂、および他の液体に耐性がある。本発明のコーティングでコーティングされた紙または板紙基材は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、およびポリラクチド／ポリ乳酸（ＰＬＡ）との共押出などの他の方法によってコーティングされた紙または板紙を置き換え得る。

特定の態様では、本発明は、
ａ）５ｗｔ％〜９０ｗｔ％の１つまたは複数のアクリルポリマーもしくはコポリマーエマルジョンと、
ｂ）２ｗｔ％〜２５ｗｔ％の１つまたは複数の溶融ワックスと、
ｃ）５ｗｔ％〜８５ｗｔ％の水と
を含み、堆肥化可能である、ヒートシール性水系コーティング組成物を提供する。

一実施形態では、本発明は、本発明のコーティング組成物でコーティングされた基材を提供する。

別の実施形態では、本発明は、本発明のコーティング組成物でコーティングされた基材を含む物品、具体的には、包装物品を提供する。

特定の態様では、本発明は、
ａ）第１の表面および第２の表面を有する基材を提供することと、
ｂ）本発明のヒートシール性コーティング組成物を提供することと、
ｃ）ヒートシール性コーティング組成物を、基材の第１の表面、または第２の表面、または第１の表面および第２の表面の両方に塗布することと、
ｄ）コーティングを、コーティング中のワックスを溶かすのに十分な温度で加熱することであって、溶けたワックスは紙繊維に浸透する、加熱することと、
ｅ）圧力を印加することによって基材を封止することと
を含み、ヒートシール性バリアコーティングは堆肥化可能である、基材をコーティングする方法を提供する。

一実施形態では、本発明は、本発明のヒートシール性水系コーティング組成物で基材をコーティングする方法によって調製された基材を提供する。

本発明のコーティング組成物でコーティングされたカップ対ポリエチレンでコーティングされた標準的なカップのバリア性を説明する。図１（ａ）は、カップ中に１時間放置後の濃染色染料の浸透を示す。図１（ｂ）は、カップ中に３時間放置後の濃染色染料の浸透を示す。

発明の詳細な説明
前述の概要および以下の詳細な説明は例示的および説明的なものにすぎず、特許請求の範囲に記載されたいかなる対象も限定するものではないことを理解すべきである。

別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する分野の当業者に一般に理解されるものと同一の意味を有する。本明細書の開示全体を通して参照されるすべての特許、特許出願、公開された出願および公報、ウェブサイトならびに他の出版物は、別段の記載がない限り、目的に応じてその全体が参照により組み込まれる。

本発明は、食品、化粧品等の接触を伴う目的に使用されることになるセルロース系基材のコーティングに適した水系コーティング組成物を提供する。本発明のコーティング組成物の利点は、本発明のコーティングでコーティングされた基材が、ポリエチレン等のようなポリマーでコーティングされた基材の置き換えに使用され得ることである。

本発明のコーティングは改善された生態学的影響を示す。コーティングは堆肥化可能である。本発明のコーティングで調製された基材および物品も堆肥化可能である。コーティングは、紙または板紙などのセルロース系基材への塗布に特に適する。本発明の紙および板紙物品は堆肥化可能であり、良好な生分解性および崩壊性を示し、生態毒性を示さないことを意味する。

本発明のコーティング組成物は、遺伝子組換え体（ＧＭＯ）を含まない。すなわち、コーティングは、その遺伝物質が遺伝子工学技術を使用して改変されたいかなる生物も含まない。

本発明のコーティングは、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を本質的に含まない。ある実施形態では、少量のＶＯＣがコーティング組成物中に存在する場合がある。

本発明のコーティングは、高いヒートシール性を示す。コーティングはまた、基材のすべての表面および端部上でより良好な被覆を提供し、脂、液体等への良好なバリア性を確保する。

本発明のコーティングは、例えば、文字および画像を重ねて印刷され得る。

本発明のコーティングは、直接食品と接触することになる基材のコーティングへの使用に適する。例えば、コーヒーまたはソーダなどの、熱い液体および冷たい液体と直接接触することになる基材のコーティングに使用され得る。

定義
本出願では、単数の使用は、具体的に別段の定めがない限り、複数を含む。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に他を示さない限り、複数形を同様に含むことが意図される。

本出願では、別段の定めがない限り、「ｏｒ」の使用は「ａｎｄ／ｏｒ」を意味する。

本明細書で使用される場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、記載された特徴、整数、ステップ、操作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を除外しない。さらに、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｗｉｔｈ）」、「構成される（ｃｏｍｐｏｓｅｄ）」、「構成される（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ）」またはそれらの変形が詳細な説明または特許請求の範囲のいずれかで使用される限り、そのような用語は、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様の方法で含めることが意図される。

本明細書で使用される場合、範囲および量は「約（ａｂｏｕｔ）」特定の値または範囲として表され得る。「約」は正確な量も含むことが意図される。ゆえに、「約５パーセント」は、「約５パーセント」および「５パーセント」も意味する。「約」は、意図された用途または目的の典型的な実験誤差以内を意味する。

本明細書で使用される場合、別段の指定がない限り、すべての部およびパーセンテージは重量による（組成物の全重量に基づいたｗｔ％または質量％）。

本明細書で使用される場合、「ポリマー」および「ポリマーまたはコポリマー」は同じ意味で使用され、両方の用語は、別段の指定がない限り、ポリマーおよびコポリマーの両方を指す。

本明細書で使用される場合、用語「インクおよびコーティング組成物」、「コーティング組成物」、「インクおよびコーティング」、「インク」、「コーティング」および「組成物」、「ヒートシール性水系コーティング組成物（複数可）」「ヒートシール性バリアコーティング」等は同じ意味で使用され、すべて本発明のインクおよびコーティング組成物を指す。

ヒートシール性バリアコーティング組成物
本発明のコーティング組成物は、１つまたは複数のアクリルポリマーもしくはコポリマーエマルジョンを含む。溶融ワックスとアクリルポリマーエマルジョンの混合は、環境に配慮したコーティングのヒートシール性、オーバープリント性、およびバリア性を改善する。

好適なアクリルポリマーまたはコポリマーエマルジョンとしては、純アクリルポリマー、エチレンアクリル酸コポリマー、ビニルアクリル酸コポリマー、スチレン−アクリルコポリマー、それらの組み合わせ等が挙げられるが、それらに限定されない。アクリルポリマーエマルジョンの一部のリストには、Ｃａｒｂｏｓｅｔ ＧＡＷ７４４８、ＳＹＮＴＨＲＯ（登録商標）−ＰＥＬ ＣＷＯ、ＥＵＲＯＣＲＹＬ ４１７４ＸＰ、ＥＵＲＯＣＲＹＬ ４１８４ＸＰ、ＪＯＮＣＲＹＬ ８０５２、ＪＯＮＣＲＹＬ ＥＣＯ ２１２４、ＪＯＮＣＲＹＬ ８０５０、Ｃａｒｂｏｓｅｔ（登録商標）ＧＡ−７４２８、Ｃａｒｂｏｓｅｔ（登録商標）ＧＡ−７４２４、Ｉｎｄｕｐｒｉｎｔ ＳＥ ２４５、Ｉｎｄｕｐｒｉｎｔ ＳＥ ３７５、ＮＥＯＣＲＹＬ Ａ２０９２、ＮＥＯＣＲＹＬ Ａ２０９９、Ｉｎｄｕｐｒｉｎｔ ＳＥ ２８８、Ｔｅｘｉｃｒｙｌ １３８１３が含まれが、それらに限定されない。

好ましい実施形態では、アクリルポリマーエマルジョンは、コーティング組成物の全重量に基づいて２０ｗｔ％以上の量で存在するであろう。好ましくは、アクリルポリマーエマルジョンは、３０ｗｔ％以上、より好ましくは４０ｗｔ％以上、より好ましくは５０ｗｔ％以上、または最も好ましくは６０ｗｔ％以上の量で存在するであろう。本発明のコーティング組成物中に存在するアクリルポリマーエマルジョンの量は、コーティング組成物の全重量に基づいて、典型的には約５ｗｔ％〜約９０ｗｔである。例えば、アクリルポリマーエマルジョンは、約５ｗｔ％〜約８０ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約７５ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約７０ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約６５ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約６０ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約５５ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約５０ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約４５ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約４０ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約３５ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約３０ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約２５ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約２０ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約１５ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約１０ｗｔ％、または約１０ｗｔ％〜約１０ｗｔ％〜約９０ｗｔ％、または約１０ｗｔ％〜約８０ｗｔ％、または約１０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％、または約１０ｗｔ％〜約６０ｗｔ％、または約１０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％、または約１０ｗｔ％〜約４０ｗｔ％、または約１０ｗｔ％〜約３０ｗｔ％、または約１０ｗｔ％〜約２０ｗｔ％、または約２０ｗｔ％〜約９０ｗｔ％、または約２０ｗｔ％〜約８０ｗｔ％、または約２０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％、または約２０ｗｔ％〜約６０ｗｔ％、または約２０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％、または約２０ｗｔ％〜約４０ｗｔ％、または約２０ｗｔ％〜約３０ｗｔ％、または約３０ｗｔ％〜約９０ｗｔ％、または約３０ｗｔ％〜約８０ｗｔ％、または約３０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％、または約３０ｗｔ％〜約６０ｗｔ％、または約３０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％、または約３０ｗｔ％〜約４０ｗｔ％、または約４０ｗｔ％〜約９０ｗｔ％、または約４０ｗｔ％〜約８０ｗｔ％、または約４０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％、または約４０ｗｔ％〜約６０ｗｔ％、または約４０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％、または約５０ｗｔ％〜約９０ｗｔ％、または約５０ｗｔ％〜約８０ｗｔ％、または約５０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％、または約５０ｗｔ％〜約６０ｗｔ％、または約６０ｗｔ％〜約９０ｗｔ％、または約６０ｗｔ％〜約８０ｗｔ％、または約６０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％、または約７０ｗｔ％〜約９０ｗｔ％、または約７０ｗｔ％〜約８０ｗｔ％、または約８０ｗｔ％〜約９０ｗｔ％の量で存在してよい。

本発明のコーティング組成物は、１つまたは複数の溶融ワックスを含む。ヒートシール時、溶融ワックスは、紙繊維に浸透して基材（典型的には紙または板紙基材）の表面および端部の全てを保護する。好適な溶融ワックスとしては、パラフィンワックス、アクリルグラフトパラフィンワックス、結晶性ワックス、ポリエチレンワックス、高密度ポリエチレンワックス、ポリエチレン／ポリテトラフルオロエチレンワックス、カルナバワックス、それらの組み合わせ等が挙げられるが、それらに限定されない。ワックスは、加熱ステップ中、樹脂を軟化させている最中に溶けるのに十分な量で加えられる。いかなる特定の理論にも縛られないが、温度が十分に高い、好ましくは１００℃〜２２０℃であり、滞留時間が十分、加熱と封止との間で好ましくは０．５〜５秒であるならば、ワックスは実際はコーティングからしみ出て表面で液体層を形成すると考えられる。この液体表面がコーティングされていない板に対してさらに押し付けられると、液体ワックスは曝露された板繊維に容易に浸透し（ウィッキング）、脂および水に対する基材の有効な保護をもたらすと考えられ、一方、圧力は、樹脂部分も繊維に有効に浸透して、冷却時に繊維引裂結合（ｆｉｂｅｒ−ｔｅａｒ ｂｏｎｄ）をもたらすことを確実にする。繊維引裂結合は、コーティングが基材への接着力を失う前に基材が裂けることになる場合である。繊維引裂結合は、本発明の水系コーティングが、基材が裂ける点までその接着力を維持するであろうことを示す。したがって、コーティングは、基材自身の強度より強い基材への結合を有する。紙カップの場合のように、コーティングされたブランクの端部でまたはそのごく近くで封止が実施される場合、このワックスウィッキング機構による端部の有効な保護が達成される。ポリエチレンはそのような端部保護を達成しないことが実証されており、したがって、ポリエチレンコーティングで調製された容器は漏れに弱い。図１はこれを説明する。本発明のコーティング組成物は端部の封止および保護のみならず、基材の表面全体にわたって水、脂および油への耐性を提供する。本発明のコーティング組成物で片側または両側をコーティングされた紙および板紙は、露出した内側シームを有する、水分の多いおよび／または脂分の多い食品用の包装の設計に、容易にかつコスト効率よく使用され得る。片側に塗布されたコーティング組成物を有する包装の例は、片面ポリ紙カップまたは食品トレーと等価であり、封止時にｉｎ−ｓｉｔｕで構築された端部保護という追加の利益がある。

典型的には、溶融ワックスは、約４０℃〜約１００℃の融点を有する。好ましくは、ワックスは、約５０℃〜約９０℃の融点を有する。例えば、ワックスは、約４０℃〜約８０℃、または約４０℃〜約７０℃、または約４０℃〜約６０℃、または約４０℃〜約５０℃、または約５０℃〜約１００℃、または約５０℃〜約９０℃、または約５０℃〜約８０℃、または約５０℃〜約７０℃、または約５０℃〜約６０℃、または約６０℃〜約１００℃、または約６０℃〜約９０℃、または約６０℃〜約８０℃、または約６０℃〜約７０℃、または約７０℃〜約１００℃、または約７０℃〜約９０℃、または約７０℃〜約８０℃、または約８０℃〜約１００℃、または約８０℃〜約９０℃、または約９０℃〜約１００℃の融点を有してよい。

溶融ワックスは、典型的には、インクまたはコーティング組成物の全重量に基づいて、約２ｗｔ％〜約２５ｗｔ％の量で本発明のコーティング組成物中に存在する。例えば、溶融ワックスは、約２ｗｔ％〜約２０ｗｔ％、または約２ｗｔ％〜約１５ｗｔ％、または約２ｗｔ％〜約１０ｗｔ％、または約２ｗｔ％〜約５ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約２５ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約２０ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約１５ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約１０ｗｔ％、または約１０ｗｔ％〜約２５ｗｔ％、または約１０ｗｔ％〜約２０ｗｔ％、または約１０ｗｔ％〜約１５ｗｔ％、または約１５ｗｔ％〜約２５ｗｔ％、または約１５ｗｔ％〜約２０ｗｔ％、または約２０ｗｔ％〜約２５ｗｔ％の量で存在してよい。

本発明のインクおよびコーティング組成物は水系であり、水を含有する。好ましい実施形態では、本発明のインクおよびコーティング組成物は、組成物の全重量に基づいて約５ｗｔ％以上の水を含む。好ましくは、水は、約１０ｗｔ％以上、または約１５ｗｔ％以上、または約２０ｗｔ％以上の量で存在する。典型的には、水は、組成物の全重量に基づいて、約５ｗｔ％〜約８５ｗｔ％の量でコーティング組成物中に存在する。例えば、水は、約５ｗｔ％〜約８０ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約７０ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約６０ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約５０ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約４０ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約３０ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約２０ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約１５ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約１０ｗｔ％、または約１０ｗｔ％〜約８５ｗｔ％、または約１０ｗｔ％〜約８０ｗｔ％、または約１０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％、または約１０ｗｔ％〜約６０ｗｔ％、または約１０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％、または約１０ｗｔ％〜約４０ｗｔ％、または約１０ｗｔ％〜約３０ｗｔ％、または約１０ｗｔ％〜約２０ｗｔ％、または約２０ｗｔ％〜約８５ｗｔ％、または約２０ｗｔ％〜約８０ｗｔ％、または約２０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％、または約２０ｗｔ％〜約６０ｗｔ％、または約２０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％、または約２０ｗｔ％〜約４０ｗｔ％、または約２０ｗｔ％〜約３０ｗｔ％、または約３０ｗｔ％〜約８５ｗｔ％、または約３０ｗｔ％〜約８０ｗｔ％、または約３０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％、または約３０ｗｔ％〜約６０ｗｔ％、または約３０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％、または約３０ｗｔ％〜約４０ｗｔ％、または約４０ｗｔ％〜約８５ｗｔ％、または約４０ｗｔ％〜約８０ｗｔ％、または約４０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％、または約４０ｗｔ％〜約６０ｗｔ％、または約４０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％、または約５０ｗｔ％〜約８５ｗｔ％、または約５０ｗｔ％〜約８０ｗｔ％、または約５０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％、または約５０ｗｔ％〜約６０ｗｔ％、または約６０ｗｔ％〜約８５ｗｔ％、または約６０ｗｔ％〜約８０ｗｔ％、または約６０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％、または約７０ｗｔ％〜約８５ｗｔ％、または約７０ｗｔ％〜約８０ｗｔ％、または約８０ｗｔ％〜約８５ｗｔ％の量で存在してよい。特定の実施形態では、本発明のインクおよびコーティング組成物は、約１０ｗｔ％〜約７０ｗｔ％、より好ましくは約２０ｗｔ％〜約６０ｗｔ％の水を含むであろう。

本発明のインクおよびコーティング組成物は、任意選択で、インクおよびコーティング組成物で典型的に使用される１つまたは複数の添加剤をさらに含んでよい。そのような添加剤の例としては、接着促進剤、光安定剤、脱気添加剤、流動促進剤、消泡剤、酸化防止剤、安定剤、湿潤剤、界面活性剤、クレー、フィラー、分散剤、可塑剤、レオロジー添加剤、他のワックス、シリコーン、着色剤、およびそれらの組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。存在する場合、各添加剤は、典型的には、組成物の全重量に基づいて約０．０１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％の量で存在する。例えば、添加剤は、約０．０１ｗｔ％〜約１０ｗｔ％、または約０．０１ｗｔ％〜約５ｗｔ％、または約０．０１ｗｔ％〜約１ｗｔ％、または約０．１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％、または約０．１ｗｔ％〜約１０ｗｔ％、または約０．１ｗｔ％〜約５ｗｔ％、または約０．１ｗｔ％〜約１ｗｔ％、または約１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％、または約１ｗｔ％〜約１０ｗｔ％、または約１ｗｔ％〜約５ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約２０ｗｔ％、または約５ｗｔ％〜約１０ｗｔ％、または約１０ｗｔ％〜約２０ｗｔ％の量で存在してよい。

着色剤がコーティング組成物中に組み込まれてもよい。好適な着色剤としては、有機または無機顔料および染料が挙げられるが、それらに限定されない。染料としては、アゾ染料、アントラキノン染料、キサンテン染料、アジン染料、それらの組み合わせ等が挙げられるが、それらに限定されない。有機顔料は、例えば、ピグメントイエロー番号１２、１３、１４、１７、７４、８３、１１４、１２６、１２７、１７４、１８８、ピグメントレッド番号２、２２、２３、４８：１、４８：２、５２、５２：１、５３、５７：１、１１２、１２２、１６６、１７０、１８４、２０２、２６６、２６９、ピグメントオレンジ番号５、１６、３４、３６、ピグメントブルー番号１５、１５：３、１５：４、ピグメントバイオレット番号３、２３、２７、および／またはピグメントグリーン番号７などの、１つの顔料または顔料の組み合わせであってよい。無機顔料は、以下の非限定的な顔料の１つであってよい：酸化鉄、二酸化チタン、酸化クロム、フェロシアン化第二鉄アンモニウム、酸化鉄ブラック、ピグメントブラック番号７、および／またはピグメントホワイト番号６および７。他の有機および無機顔料および染料、ならびに所望の色を達成する組み合わせも採用され得る。

本発明のコーティング組成物は、好ましくはＶＯＣを含まない。しかしながら、少量の溶媒（好ましくはアルコール）が使用されてよい。存在する場合、溶媒は、好ましくは、組成物の全重量に基づいて１０ｗｔ％未満の量で存在する。より好ましくは、溶媒は５ｗｔ％未満または２ｗｔ％未満の量で存在する。

本発明の組成物は、好ましくは良好なオーバープリント性も付与する。これは、コーティングされた基材上への文字または画像の印刷を可能にする。

本発明のコーティングは、プラスチック包装から紙包装への転換を可能にするであろう紙および板紙包装の改善を提供し、したがってより環境に優しい材料を利用し、より容易にリサイクルされ得る。加えて、本発明の組成物は、例えばＰＥ、ＰＰ、ＰＬＡ等で押出コーティングされた紙基材の置き換えを可能にする

本発明のコーティング組成物は任意の好適な手段によって基材に塗布され得る。好適な塗布方法としては、グラビア印刷、フレキソコーティング、カーテンコーティング、フラッドコーティング、またはマイヤーバー塗布が挙げられるが、それらに限定されない。コーティング組成物は、典型的には、２〜１５ｇ／ｍ^２の乾燥重量のコーティングを与えるのに十分な量で塗布される。例えば、コーティングは、４〜１５ｇ／ｍ^２の乾燥重量、または２〜１２ｇ／ｍ^２の乾燥重量の量で塗布されてよい。

本発明のコーティング組成物は、紙もしくは板紙基材の片側（片面）に、または紙もしくは板紙基材の両側（両面）に塗布されてよい。好ましくは、本発明のコーティング組成物は、少なくとも容器または包装の内側を形成し、したがってその内容物と接触することになる側に塗布される。１つまたは複数のコーティング層が、任意の構成で、基材のいずれかの側または両側に塗布されてよい。基材の各側に塗布された本発明のコーティング組成物は、同一の配合、または異なる配合であってよい。本発明のコーティング組成物は、意図された用途に応じて、基材の各側に、同一の、または異なるフィルム重量で塗布され得る。ある実施形態では、最終的に容器の内部表面になる基材の表面に塗布されるコーティングは、容器内の物質と直接接触することになるため、製品の耐性という点でよりロバストなようになり、一方、容器の外部表面になる基材の表面上に使用されるコーティングは、凝縮によって形成される水にのみ耐性を有する必要がある。

本発明のコーティングが多種多様な状況（片面もしくは両面コーティング、遅いもしくは速い成形ライン、異なる封止温度等）で機能するために、コーティング組成物の異なるバリエーションが基材の各側で使用されること、または可変の厚さを有する層、または基材の一方の側が他方の前にコーティングされること（前印刷もしくは後印刷）、または基材の各側が他方と異なるプロセスでコーティングされること（例えば、一方は２回のグラビア印刷、他方はフレキソ印刷等）が必要とされる場合がある。いずれの場合でも、成形時に（脂、油、および水等に対する）端部保護効果を達成するために追加の材料またはプロセスステップは必要とされず、これは溶融ワックスを通してｉｎ−ｓｉｔｕで得られるためである。本発明のコーティング組成物の使用が排除し得る追加の材料またはプロセスステップの例は、封止促進剤、コーキング、ワックス噴霧、保護ストリップの並置、カップ形成前の壁の端部の噴霧または後コーティング、カップ壁の内側の重なりの端部の、壁の外側の重なりにプレコーティングされた接着剤の層への埋め込み等の使用である。これらのすべての例で、目標を達成するための追加の材料および／またはプロセスステップの使用を通してバリア性が得られ、これは追加の故障モード、より長いプロセス時間、複雑性の増加、および最終的により高いコストを常にもたらす。これらの欠点は、本発明のコーティング組成物を使用することによって排除される。

実施例
以下の実施例は、本発明の特定の態様を説明し、いかなる点においてもその範囲を限定することを意図せず、そのように解釈されるべきではない。

実施例１〜５。ヒートシール性水系コーティング組成物。
ヒートシール性水系コーティング組成物を調製した。配合を表１〜５に示す。

実施例６。板紙基材上への片側コーティング
コーティング組成物を、１２ｇ／ｍ^２の乾燥重量のコーティング重量で板紙基材の片側（内側）に塗布した。基材をカップに成形した。

印刷された板紙を、約１〜２秒間、６００℃の熱源から約２インチに配置した。板紙を、当該技術分野で既知の技術を使用してカップに成形した。

本発明のコーティング組成物でコーティングされたカップの性能を、ポリエチレンでコーティングされた標準的な紙カップ（比較）と比較した。着色液体（濃染色インク）を各カップに入れ、一定時間放置した。端部を通って基材中へ、最終的にはカップの外部への液体のウィッキングが、カップの外側の濃染色として示された。図１（ａ）（１時間後）および図１（ｂ）（３時間後）に示すように、著しく多くの液体が比較カップのシームを通してしみ出た。本発明のコーティング組成物でコーティングされたカップは、１時間または３時間のいずれにおいてもそのようなウィッキングまたは漏出を示さなかった。すなわち、本発明のコーティング組成物でコーティングされたカップは、カップのシームを通した液体の浸透にはるかに耐性があった。

実施例７。本発明のコーティング組成物の両側塗布。
コーティング組成物を使用して、カップの内部および外部の両方に本発明のコーティング組成物を有するカップを作製した。コーティング組成物を、１２ｇ／ｍ^２の乾燥重量のフィルム重量でクレーコート板紙基材の内部表面に塗布した。印刷された板紙を、約１〜２秒間、６００℃の熱源から約２インチに配置した。板紙を、当該技術分野で既知の技術を使用してカップに成形した。それに続くコーティング操作で、コーティング組成物を、４ｇ／ｍ^２の乾燥重量のフィルム重量で基材の外部表面に塗布した。実施例７のコーティングされたカップは、大量包装ラインの高い速度および低い温度特性で封止した。初期の端部保護結果は実施例６と同様であった。

本発明を、その好ましい実施形態を含めて詳細に記載した。しかしながら、当業者は、本開示を検討するに際し、本発明の範囲および趣旨に収まる変更および／または改善を本発明に行ってよいことが理解されよう。

Claims (33)

1. ａ）５ｗｔ％〜９０ｗｔ％の１つまたは複数のアクリルポリマーもしくはコポリマーエマルジョンと、
   ｂ）２ｗｔ％〜２５ｗｔ％の１つまたは複数の溶融ワックスと、
   ｃ）５ｗｔ％〜８５ｗｔ％の水と
   を含み、堆肥化可能である、ヒートシール性水系コーティング組成物。
2. 前記溶融ワックスは４０℃〜１００℃の融点を有する、請求項１に記載の組成物。
3. 前記１つまたは複数の溶融ワックスは、パラフィンワックス、アクリルグラフトパラフィンワックス、結晶性ワックス、ポリエチレンワックス、高密度ポリエチレンワックス、ポリエチレン／ポリテトラフルオロエチレンワックス、カルナバワックス、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１〜２のいずれか一項に記載の組成物。
4. 前記１つまたは複数のアクリルポリマーもしくはコポリマーエマルジョンは、純アクリルポリマー、エチレンアクリル酸コポリマー、ビニルアクリル酸コポリマー、スチレン−アクリルコポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の組成物。
5. 接着促進剤、光安定剤、脱気添加剤、流動促進剤、消泡剤、酸化防止剤、安定剤、湿潤剤、界面活性剤、クレー、フィラー、分散剤、可塑剤、レオロジー添加剤、他のワックス、シリコーン、着色剤、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される１つまたは複数の添加剤をさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の組成物。
6. 前記コーティング組成物はバリアコーティング組成物であり、液体および蒸気の浸透に耐性がある、請求項１〜５のいずれか一項に記載の組成物。
7. 水、脂および油に耐性がある、請求項６に記載の組成物。
8. 前記組成物はリサイクル可能であり、生分解性であり、堆肥化可能である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の組成物。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のコーティング組成物を含む基材。
10. セルロース系である、請求項９に記載の基材。
11. 紙または板紙である、請求項９または請求項１０に記載の基材。
12. 請求項９〜１１のいずれか一項に記載の基材を含む物品。
13. 包装物品である、請求項１２に記載の物品。
14. ａ）第１の表面および第２の表面を有する基材を提供することと、
    ｂ）請求項１〜８のいずれか一項に記載のヒートシール性コーティング組成物を提供することと、
    ｃ）前記ヒートシール性コーティング組成物を、前記基材の前記第１の表面、または前記第２の表面、または前記第１の表面および前記第２の表面の両方に塗布することと、
    ｄ）前記コーティングを、前記コーティング中の前記ワックスを溶かすのに十分な温度で加熱することであって、前記溶けたワックスは紙繊維に浸透する、加熱することと、
    ｅ）圧力を印加することによって前記基材を封止することと
    を含み、前記ヒートシール性バリアコーティングは堆肥化可能である、基材をコーティングする方法。
15. 前記基材はセルロース系基材である、請求項１４に記載の方法。
16. 前記基材は紙または板紙基材である、請求項１４または請求項１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記ヒートシール性水系バリアコーティングの複数の層が前記基材に塗布される、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記コーティングは、グラビア印刷、フレキソコーティング、カーテンコーティング、フラッドコーティング、またはマイヤーバー塗布によって塗布される、請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記コーティングは２ｇ／ｍ^２〜１５ｇ／ｍ^２の乾燥コーティング重量で塗布される、請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記コーティングは前記基材の前記第１の表面および前記第２の表面の両方に塗布される、請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記コーティング組成物は前記基材の前記第１の表面にフラッドコーティングとして塗布され、その後、前記コーティングは、前記第２の表面の封止端部をコーティングしないでおき、前記封止部中へのワックスの浸透を可能にするように位置合わせした前記第２の表面に塗布される、請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記２つの表面をコーティングするために使用される前記コーティングは同一である、請求項１４〜２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 前記２つの表面をコーティングするために使用される前記コーティングは異なる、請求項１４〜２１のいずれか一項に記載の方法。
24. 前記コーティングは前記基材の一方の表面にのみ塗布される、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の方法。
25. ワックス非含有の前記基材にコーティングを塗布することをさらに含む、請求項１４〜２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 請求項１４〜２５のいずれか一項に記載の方法によって調製されるヒートシール基材。
27. 前記基材は水、脂および油に耐性がある、請求項２６に記載の基材。
28. 前記基材は容器に成形される、請求項２６〜２７のいずれか一項に記載の基材。
29. 前記容器は包装容器である、請求項２８に記載の容器。
30. 前記容器は、飲料および食料品を提供または貯蔵するためのカップ状構造、箱、またはトレーである、請求項２８に記載の容器。
31. 前記容器は飲料カップまたは食品提供容器である、請求項３０に記載の容器。
32. 前記基材は堆肥化可能である、請求項１４〜３１のいずれかに記載の基材。
33. 前記基材は再パルプ化可能である、請求項１４〜３２のいずれか一項に記載の基材。

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