可膨胀的涂料组合物及其用途的制作方法

文档序号:11108568阅读:610来源:国知局
本发明涉及一种用于保护性包装的耐冲击性和/或绝热性涂料组合物。该涂料组合物通过加热或者辐射触发,体积膨胀了至少2500%。涂覆有该涂料组合物的包装提供了耐冲击性、高强度、绝热性和轻重量。具体而言,本发明涉及信封、枕头和包装袋,其将在运输或者邮寄过程中作为保护性包装来包纳易碎和/或易腐烂的物体。发明背景传统且广泛使用的保护性包装材料包括不同的填料或者填充材料,其可用于冲击和/或绝热性。例如用塑料气泡包装物或者发泡嵌件作为内衬的包装袋,单独使用或者与发泡“花生米”和气泡包装物一起用于运输易碎物。同样,具有外部小袋和内部膨胀衬里的邮寄袋也是可以使用的;但是,它们是大尺寸的,或者需要专门的机器来驱除和密封衬里中的空气,如US2011/019121所述。因为大部分的传统保护性包装材料是由塑料制成的,它们不是可生物降解的,且由此对于环境具有不利的影响。本发明寻求通过使用涂料组合物来改进保护性包装,该组合物为可再生的和/或可再循环的基底提供了耐冲击性,高强度和轻重量。本发明提供一种更环境友好和经济可行的保护性包装,用于运输易碎和/或易腐烂的物体。本发明还寻求使用容易获得的器具例如烘箱和微波炉,来使得对于专门机器的依赖最小化。技术实现要素:本发明涉及用于保护性包装的涂料组合物,其提供耐冲击性、高强度、绝热性和轻重量。本发明进一步提供一种制品,其包含施涂到基底上的涂料组合物。该涂料组合物通过加热或者辐射触发,体积膨胀至少2500%。该具有膨胀体积的制品可以在运输或邮寄过程中包纳易碎和/或易腐烂的物体,并且基本上很少有塑性材料。在一个实施方案中,提供一种涂料组合物,其包含通过乳液聚合制备的水基聚合物;多个具有T0(膨胀开始)和Tm(最大膨胀)的可膨胀微球;和任选存在的添加剂。该水基聚合物在(Tm-T0)/2时的模量小于0.3MPa和tanδ大于0.35。另一个实施方案提供一种形成保护性包装制品的方法,其包含步骤,(1)制备组合物,其包含通过乳液聚合制备的水基聚合物和多个具有T0和Tm的可膨胀微球;(2)将该涂料组合物施涂到基底上,该基底是纸、纸板、木材或者箔;(3)干燥该涂料组合物来基本上除去水;以及(4)使该组合物膨胀。该水基聚合物在(Tm-T0)/2时的模量小于0.3MPa和tanδ大于0.35。该干燥温度是小于T0,而膨胀温度是T0或者更大。再一个实施方案涉及一种保护性包装制品,其包含基底和涂料组合物,该涂料组合物包含通过乳液聚合所制备的水基聚合物;多个具有T0和Tm的可膨胀微球;和任选存在的添加剂。该水基聚合物在(Tm-T0)/2时的模量小于0.3MPa和tanδ大于0.35。该基底是纸、纸板、木材、金属纸、金属纸板或者箔。在一些实施方案中,该基底可以是再循环的或者可再循环的塑料或者塑料膜。具体实施方式本发明提供一种涂料组合物,通过加热或者施加辐射到该涂料组合物上,其提供耐冲击性、高强度、绝热性和轻重量。该涂料组合物和由该涂料组合物制成的制品是更环境友好的,例如减少了塑料废物。本发明基于这样的发现,即,用于保护性包装的涂料组合物包含水基聚合物、多个具有T0和Tm的可膨胀微球以及任选存在的添加剂,其提供耐冲击性、高强度和轻重量。此处所述的涂料组合物可以施涂到保护性包装的可再循环和可再生基底上,并且通过加热或者施加辐射到该涂料组合物,该可膨胀微球膨胀。此处有用的保护性包装产品包括柔性信封或者枕头,其在运输或邮寄过程中将包纳易碎和/或易腐烂的物体,而不使用大体积包装材料。该涂料组合物可以由任何的多种材料制成。理想的,该涂料组合物包括通过乳液聚合制成的水基聚合物;多个具有T0和Tm的可膨胀微球;和任选存在的蜡分散添加剂。该水基聚合物在(Tm-T0)/2时的模量小于0.3MPa和在(Tm-T0)/2时的tanδ大于0.35。该涂料组合物可以进一步包括一种或多种防腐剂、增粘剂、增塑剂、润湿剂或者填料。根据期望,可以使用不对该涂料组合物和该涂料组合物的膨胀性能产生不利影响的其他材料。该涂料组合物包括通过乳液聚合制备的水基聚合物。该乳液聚合物可以以任何量存在于该涂料组合物中,并且理想的,在该组合物固着之前,存在量是大约50%-大约99.5wt%,优选大约50%-大约70wt%,基于该涂料组合物的重量。取决于乳液聚合物,固体含量将在大约40wt%-大约60wt%变化,基于该乳液聚合物。可以选择该水基聚合物,以使得它可以通过水来高度塑化。这允许微球在加热过程中有效膨胀。优选该乳液聚合物是通过亲水性保护胶体来稳定的。通过乳液聚合所制备的水基聚合物可以是单级合成乳液聚合物或者合成乳液聚合物或者天然来源聚合物的混合物。通过乳液聚合所制备的水基聚合物可以包括任何期望的聚合物组分,包括乙酸乙烯基酯乙烯分散体,聚乙酸乙烯基酯,聚乙酸乙烯基酯聚乙烯醇,糊精稳定的聚乙酸乙烯基酯,聚乙酸乙烯基酯共聚物,乙酸乙烯基酯乙烯共聚物,乙烯基丙烯酸聚合物,苯乙烯丙烯酸聚合物,丙烯酸聚合物,苯乙烯丁基橡胶,聚氨酯及其混合物。特别优选的乳液聚合物组分是乙酸乙烯基酯乙烯分散体,乙烯基丙烯酸聚合物,苯乙烯丙烯酸聚合物,丙烯酸聚合物和聚乙酸乙烯基酯。在一个实施方案中,该水基聚合物在可膨胀微球T0和Tm的中点:(Tm-T0)/2时的弹性模量小于0.3MPa。除非另有规定,否则全部所报告的模量测量是根据ASTMD5026进行的。在另一个实施方案中,该水基聚合物在可膨胀微球的(Tm-T0)/2时的tanδ大于0.35。该涂料组合物进一步包括多个预先膨胀的或者可膨胀的微球,其具有聚合物壳和烃核。该预先膨胀的微球是完全膨胀的,并且不需要经历进一步的膨胀。可用于本发明的可膨胀微球应当能够在加热和/或辐射能(包括例如微波、红外光、无线电频率和/或超声能)存在下尺寸膨胀。可用于本发明的微球包括例如加热可膨胀聚合物微球,包括具有烃核和聚丙烯腈壳的那些(例如在商标名下销售的那些)和其他类似的微球(例如在商标名下销售的那些)。该可膨胀微球可以具有任何未膨胀的尺寸,包括直径是大约12微米-大约30微米。在加热存在下,本发明的可膨胀微球的直径能够增加大约3倍-大约10倍。通过该涂料组合物中的微球的膨胀,该涂料组合物变成泡沫状材料,其具有改进的耐冲击性和绝缘性能。如下面将解释的,可以期望的是微球的膨胀是在部分固着的涂料组合物中发生的。该可膨胀微球具有特定温度,在该温度它们开始膨胀(T0),和第二温度,在该温度它们达到最大膨胀(Tm)。不同等级的微球具有不同的膨胀开始温度和最大膨胀温度。例如,一种特别有用的微球的T0是大约80℃-大约100℃。虽然任何具体等级的微球可以用于本发明,但是当配制和加工时,应当考虑微球的T0和Tm。微球达到最大膨胀(T)时的温度理想的是大约120℃-大约130℃。虽然具体微球和它们各自的T0和Tm的选择对本发明来说不是关键的,但是加工温度可以根据这些温度来变化。在该涂料组合物完全干燥之前,这些微球能够在该组合物内移动和能够膨胀。但是,一旦该涂料组合物完全干燥,则所述微球基本上锁定在适当位置上,这使得其难以膨胀,如果不是不可能的话。在优选的实施方案中,令人期望的是在组合物固着之前,可膨胀微球在涂料组合物中的存在量是该涂料组合物重量的大约10%-大约40%,和更理想的在组合物固着之前,是该粘结剂涂料组合物重量的大约15%-大约30%。可膨胀微球的膨胀率和该微球的负载量水平是彼此相关的。取决于微球完全膨胀的尺寸,该可膨胀微球在涂料组合物中的量可以调节。取决于组合物所用的具体可膨胀微球,该微球在组合物中期望的量可以改变。典型的,如果该涂料组合物包括过高浓度的可膨胀微球,则通过微球膨胀会存在不足的附着和强度,由此弱化了组合物的结构完整性。已经发现在固着之前,加入涂料组合物重量的10%-大约40%的可膨胀微球能够改进结构完整性。该膨胀的涂层具有相对于湿或部分干燥涂层为大于2000%,优选大于2500%的总体积膨胀率。典型的,选择在微球的膨胀温度具有低玻璃化转变温度(Tg)和高模量的聚合物作为该涂料组合物的基础粘合剂。申请人已经发现选择在微球膨胀温度时模量小于0.3MPa和tanδ大于0.35的粘合剂聚合物产生了更高膨胀率的涂层。该涂料组合物任选的包括蜡分散添加剂。非限定性蜡分散添加剂包括石蜡、蜂蜡、合成聚乙烯蜡等。该蜡分散添加剂的熔点理想地小于可膨胀微球的T0。在一个实施方案中,该蜡分散添加剂的熔点小于100℃。其他添加剂包括增粘剂、增塑剂和防腐剂,例如生物杀灭剂。示例性防腐剂包括1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮。典型的,在组合物固着之前,防腐剂的用量可以是涂料组合物重量的大约0.05%-大约0.5%。该粘结剂组合物可以任选地在配方中包括任何极性溶剂,特别是水。该涂料组合物任选地进一步包括任何消泡剂、润湿剂、表面活性剂、着色剂、交联剂、防腐剂、填料、颜料、染料、稳定剂、流变改性剂、聚乙烯醇及其混合物。在组合物固着之前,这些组分可以以涂料组合物的重量的大约0.05%-大约15%来包括在其中。加入交联剂将进一步增加微球膨胀后的涂层的结构完整性。虽然涂料组合物可以在室温开始聚结,但是该涂料组合物可以仍然具有高含湿量并且将基本上是流动的。在涂层完全干燥之前,一种形式的能量可以引入该涂料组合物中来膨胀所述微球。该能量形式典型地是来自于传导、感应或者辐射的热。对于含有预先膨胀的微球的涂层来说,不需要加入能量形式。对于含有可膨胀的和预先膨胀的微球二者的涂层来说,可以使用加热器和风扇来驱除多余的水,以帮助涂层干燥。在一个特别令人期望的配制保护性制品的实施方案中,该涂料组合物可以施涂到基底表面(或多个表面)和经历足以聚结该涂层的加热。在涂层聚结开始时和当涂层仍然基本上流动态时,该涂层可以帮助将微球保持在合适的位置,但是仍然允许微球自由膨胀。在一种实施方案中,该加热然后可以升高到足以膨胀所述微球的温度。优选的是将加热器设定到微球的T0到Tm之间的温度。最后,该加热可以再次升高到足以完全驱除涂料组合物中的水的温度。加热可以通过任何期望的方法来施用,包括在烘箱中或者通过使用加热辊。应当注意的是不同的阶段(固着开始,微球膨胀,和涂层完全干燥)可以通过辐射能来实现,其作为直接加热的替代或者与之共用。即,例如不同的步骤可以通过使用微波或者无线电频率辐射来实现。传导、对流和/或感应加热方法可以作为热源用于所述方法中。另外,强制通风是与加热一起使用的。另外,所述方法可以包括加热应用和辐射应用的任意组合。例如涂层的初始聚结可以通过直接加热来实现,而微球的膨胀可以通过施加辐射能量来实现。如果期望,其他添加剂可以包括在组合物中来增加涂层的聚结。本发明的涂料组合物特别适于保护性包装,其将在运输或者邮寄过程中包纳易碎和/或易腐烂的物体。示例性保护性包装包括信封、枕头、三角形布料袋等。该涂覆的保护性包装提供耐冲击性、高强度、绝热性和轻重量。另一个实施方案提供一种制备保护性包装制品的方法,其包括步骤:(1)制备组合物,其包含通过乳液聚合所制备的水基聚合物和多个具有T0和Tm的可膨胀微球;(2)将该涂料组合物施涂到基底上,其是纸、纸板、木材、金属纸、金属纸板、箔或者塑料膜;(3)干燥该涂料组合物来基本上除去水;和(4)膨胀组合物中的微球。在另一实施方案中,一种制备多基底保护性包装制品的方法包括步骤:(1)制备组合物,该组合物包含通过乳液聚合所制备的水基聚合物和多个具有T0和Tm的可膨胀微球;(2)将该涂料组合物施涂到第一基底的一部分上;(2b)任选地,干燥该涂料组合物来基本上除去水;(3)将粘结剂组合物施用到第一基底的不同部分上;(3b)任选地,干燥该涂料组合物来基本上除去水;(4)将第二基底置于第一基底上,由此该粘结剂和该涂料组合物在两个基底之间交置;和(5)使该组合物中的微球膨胀。该基底独立地选自纸、纸板、木材、金属纸、金属纸板、箔或者塑料膜。取决于期望的方法和该涂料组合物,步骤(2b)或者(3b)可以任选地加入到所述方法中来有效除水。在一些实施方案中,该涂料组合物和粘结剂组合物,步骤(2)和(3),可以同时施用。优选是该涂料组合物和粘结剂组合物施用到基底的不同区域。此外,为了增强耐冲击性和绝热性,该粘结剂包括微球。在另一个实施方案中,该粘结剂可以施用到第二基底上,或者两个基底上。在再一个实施方案中,该涂料组合物可以施用到第一和第二基底二者上,来增加耐冲击性和绝热性。进一步可以想到的是多层,大于两个基底可以用于制备多基底保护性包装制品,来进一步增加耐冲击性和绝热性。微球的膨胀可以用来自于传导、对流或者感应的加热来进行。此外,强制通风是与加热一起使用的。该水基聚合物在微球的(Tm-T0)/2时的模量小于0.3MPa和tanδ值大于0.35。水基聚合物粘合剂的干燥温度小于T0,而膨胀温度是T0或者更大。涂层中膨胀的微球为保护性包装提供了耐冲击性、高强度、绝热性和轻重量。所述基底包括纤维板,硬纸板,波纹板,波纹介质,实心漂白板(SBB),实心漂白亚硫酸盐板(SBS),实心未漂白的板(SLB),白色衬里硬纸板(WLC),牛皮纸,牛皮纸板,涂覆纸,粘合剂板,减克重基底,金属纸,金属纸板,箔,塑料或者塑料膜。保护性包装上的微球可以在即将使用前膨胀或者预先进行膨胀,并且存储到需要时。在膨胀前,该保护性包装处于薄态,并且保持在坍塌态和占据较少空间。通过引入能量例如来自于传导、对流、感应或者辐射的加热,涂层中的微球在保护性包装上膨胀。使用本发明的涂料组合物,不需要将空气驱入保护性包装腔室中的装置。在另一个实施方案中,提供一种具有多个基底层的保护性包装。该包装包括包装的内部基底和外部基底。该包装进一步包括施涂到包装的一层或两层上的涂层,这里该涂料组合物包含多个固定到其上的可膨胀微球,这里该多个可膨胀微球已经膨胀并且该涂料组合物已经干燥。因此,该保护性包装包括制品,该制品在其一侧或两侧上具有粘附的、泡沫状组合物。该涂料组合物可以以任何期望的构造施用到基底表面上,包括一系列的点、条、波、棋盘图案,任何通常的多面体形状及其组合。另外,如果期望,该涂料组合物可以施用到包装基底的整个表面上。在某些实施方案中,基底的外边缘没有涂覆所述涂料组合物,并且保留用于粘结剂。该基底然后一起在边缘粘附来形成多个基底层,其可以形成保护性包装例如信封、枕头、三角形布料袋等。如果期望,该涂料组合物可以在热存在下施用;但重要的是,施涂时的热不要过高,以至于在可膨胀微球膨胀之前该涂料组合物完全固着。本发明的粘结剂特别适于消费者包装,其需要在邮寄和运输过程中保护和绝缘。本发明可以通过分析下面的实施例来更好的理解,其是非限定性的,并且仅仅用于帮助解释本发明。实施例实施例1-水基聚合物粘合剂表1显示了水基聚合物,其具有下面的在可膨胀微球U020-130D微球的(Tm-T0)/2时测量的模量和tanδ值。表1粘合剂在(Tm-T0)/2的模量在(Tm-T0)/2的tanδA0.16×10∧60.43B<0.084×10∧60.61对比X0.37×10∧60.34实施例2-涂料组合物制备具有下面组分的涂料组合物。表2实施例3-膨胀率将该涂料组合物施涂到纸基底上,并且在265°F、275°F或者285°F加热25秒。表3显示了体积增加百分比。表3如表3所示,样品1、2和3在全部温度的膨胀率高于对比样品。因此,用具有在微球的(Tm-T0)/2时模量小于0.3MPa和tanδ大于0.35的粘合剂形成的涂层允许微球在每个测试温度更大的膨胀。添加蜡分散添加剂也增加了膨胀率。包含蜡添加剂的样品1和2也具有比没有蜡添加剂的涂层-样品3更高的膨胀率。当前第1页1 2 3 
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