涂覆组合物、涂覆基底的方法、经涂覆的基底、包装材料和液体包装的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种能够帘幕涂覆的气体阻隔性涂覆组合物，所述涂覆组合物包含聚乙烯醇和表面活性剂，其中，所述表面活性剂是水溶性非离子型乙氧基化醇。本发明还涉及一种通过利用所述涂覆组合物提供具有气体阻隔层的基底的方法和一种用所述涂覆组合物涂覆所述基底而获得的具有至少一个气体阻隔层(2)的经涂覆的基底(1)。此外，本发明还涉及一种包含涂覆有所述涂覆组合物的经涂覆的纸板的包装材料，和包含这种包装材料的液体包装。
【专利说明】涂覆组合物、涂覆基底的方法、经涂覆的基底、包装材料和
液体包装
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种包含聚乙烯醇和表面活性剂的涂覆组合物。特别而言，本发明涉及一种适用于帘幕涂覆的气体阻隔性涂覆组合物。本发明还涉及利用所述涂覆组合物提供具有气体阻隔层的基底的方法、经涂覆的基底、包含经涂覆的纸板的包装材料和包含这种包装材料的液体包装。
【背景技术】
[0002]帘幕涂覆是将液体涂覆组合物的线流沉积在移动基底(例如纸网(paper web))的表面上的涂覆方法。所述涂覆组合物形成自由下落的液体片层，直到其碰撞在待涂覆的移动基底的表面上。
[0003]帘幕涂覆是非常适合于用液体阻隔层来涂覆纸网的技术，因为阻隔性物质必须形成覆盖整个表面(或尽可能接近整个表面)的膜。然而，帘幕涂覆法易受到某些缺陷的影响，例如不规则踵状物的形成、空气挟带和帘幕不稳定性，这些缺陷可能使经涂覆的表面展现出或大或小的无涂层区域。为了在涂层覆盖物中发现这些缺陷(这些缺陷因例如液体涂层中的气泡而可以非常小)，可以通过在经涂覆的表面上施加有色测试液来进行测试。任何缺陷都将呈现为有色区域或所谓的“针孔”。对于一些应用，特别重要的是，涂层不能包含任何缺陷或只能包含极少 的缺陷，例如，在食品工业中或对于液体包装(即，包含液体的包装)而言。
[0004]之前已知，聚乙烯醇是阻隔脂肪、溶剂和气体的良好屏障。已知，在例如基于纸板基底的包装材料中，沉积在基底上的包含聚乙烯醇的涂层适合作为阻隔脂肪、氧气、气味、
香气等的屏障。
[0005]在帘幕涂覆中，要求适合的动态表面张力(由下落的帘幕中的Mach角测量获得)来使自由下落的涂覆液帘幕形成稳定的帘幕且不具有孔形式的缺陷。通常，对于牛顿流体，涂覆液的动态表面张力应当小于40mNm，以满足不形成孔的下落幕帘的标准。然而，聚乙烯醇却具有明显更高的表面张力，在流速低时会形成不稳定的帘幕。
[0006]为了降低聚乙烯醇的表面张力，已提出向聚乙烯醇中添加表面活性物质(即，表面活性剂)，例如，如EP2182113所述，使用Air Products的EnviroGem AEO3类型的表面活性剂。然而，已发现即使在使用表面活性剂时改进了帘幕的稳定性，涂层的阻隔效果也会变差，差到使其不能用于制造液体包装的程度。作为其他实例，已提出了向聚乙烯醇中添加相对大量的乙醇或类似的醇，但是这对于造纸工业中的涂覆问题并不是令人满意的解决方案，因为这要求对所产生的挥发性有机化合物(VOC)进行操作和回收。
[0007]总之，为了使用帘幕涂覆获得基底上的阻隔层，例如纤维基底(例如纸板)上的聚乙烯醇阻隔层，有必要使用降低动态表面张力的添加物以获得稳定的过程，但这些添加物同时会对膜的形成产生负面效果，因此阻隔层会具有缺陷。
【发明内容】
[0008] 本发明的一个目的是提供一种适用于帘幕涂覆的、特别是适用于上文提到的应用领域的改进的涂覆组合物。
[0009]另一目的是获得一种会产生适用于食品工业的最终产品的涂层，所述涂层不含任何毒性或不健康物质，且能够安全使用。此外，当用于包装材料中时，所述涂层在用于食品或液体包装中时必须不能含有任何能够迁移至食品中的物质或发散出任何气味或香气的物质。
[0010]本发明实现了这些目的。
[0011]根据本发明的第一方面，定义了一种能够帘幕涂覆的气体阻隔性涂覆组合物，所述组合物包含聚乙烯醇和表面活性剂，其中，所述表面活性剂是水溶性非离子型乙氧基化醇。所述涂覆组合物使得可以获得稳定的帘幕，且在所涂覆的基底(例如纤维基底，例如纸板)的涂层中针孔数量少。所述涂层提供了对油脂、脂肪、油等以及气体(例如氧气、香气和气味)的良好的阻隔品质。
[0012]根据本发明的实施方式，表面活性剂可以是饱和的异C13醇。根据该实施方式的另一特征，表面活性剂具有式RO(CH2CH2O)xH，其中R =异C13H27，且x为8以上。
[0013]根据本发明的另一实施方式，表面活性剂可以是基于ClO-吉布特醇(Guerbetalcohol)的聚乙二醇烷基醚，且乙氧基化度为7以上。
[0014]根据本发明的又一实施方式，表面活性剂可以是饱和的短链脂肪醇。根据该实施方式的另一特征，表面活性剂具有式RO (CH2CH2O)xH，其中R =饱和的短链醇，且x为5以上。
[0015]所述涂覆组合物可以包含非离子型乙氧基化醇表面活性剂，相对于完全干燥的涂覆组合物的总重量,所述表面活性剂的浓度可以是0.05重量％~2.0重量％、优选0.1重
量％~1.0重量％、更优选0.2重量％~0.5重量％。
[0016]所述组合物的固相含量可以是4%~20%、优选7%~15%或6%~12%、或甚至8%~10%。余量为水。
[0017]此外，所述涂覆组合物可以包含扁平颗粒，例如，其可以包含纳米颗粒形式的蒙脱石粘土。这具有改进气体阻隔功能的优点。
[0018]根据本发明的第二方面，定义了一种以至少一个涂覆步骤提供具有气体阻隔层的基底的方法，所述方法包括:在至少一个涂覆步骤中，通过用定义涂覆组合物的任一个权利要求中所限定的涂覆组合物对基底进行帘幕涂覆，而施涂所述涂覆组合物。额外的涂覆步骤自然也可以预见到，并且在各涂覆步骤之间通常存在干燥步骤。额外的涂覆步骤的实例是颜料涂覆步骤，该步骤非常适合在涂覆气体阻隔性涂覆组合物之前进行。
[0019]此外，至少一个涂层的涂覆重量可以是0.4g/m2以上且小于7.0g/m2。阻隔层的涂覆重量可以是0.8g/m2以上且小于7.0g/m2,优选为1.2g/m2~4.0g/m2,更优选为1.6g/m2~
3.2g/m2。
[0020]根据一个特征，基底可以是纤维基底或纸或纸板。然而，可以想到在其他基底上实施本发明而不脱离本发明的范围。
[0021]根据本发明的第三方面，定义了一种具有至少一个气体阻隔层的经涂覆的基底，其通过用定义涂覆组合物的任一个权利要求所限定的涂覆组合物涂覆基底而获得。
[0022]所述气体阻隔层可以是特别针对氧气的阻隔层，也可以是针对包括气味和/或香气的气体的阻隔层。
[0023]此外，所述经涂覆的基底可以具有的气体阻隔层的涂覆重量可以是0.8g/m2以上且小于 7.0g/m2，优选为 1.2g/m2 ~4.0g/m2，更优选为 1.6g/m2 ~3.2g/m2。
[0024]在一个实施方式中，所述经涂覆的基底可以是纸板，所述纸板包含至少一个涂覆有所述涂覆组合物的纤维类层。作为另一选择，所述基底可以是需要所关注类型的阻隔的纸或任何其他基底。
[0025]根据本发明的第四方面，定义了一种包含上文定义的经涂覆的纸板的包装材料，所述包装材料在所述经涂覆的纸板的每一面上还包含低密度聚乙烯层，且OTR值小于10ml/m2.24h.latm。OTR表不氧气透过率,其测量仪器是Mocon Ox Tran2/21。
[0026]根据本发明的第五方面，定义了一种由上文定义的包装材料制成的液体包装。
[0027]如上文提到的，通常，对于牛顿流体，涂覆液的动态表面张力应当小于40mNm，以满足不形成孔的下落幕帘的标准。然而，根据本发明，已有利地发现，作为非牛顿流体的聚乙烯醇因其弹性而不必需要和牛顿流体一样低的表面张力。由此需要获得流速和表面张力以及非牛顿流体特性之间的良好关系。帘幕稳定性的一些常见概念是在液体帘幕不断裂的情况下所能达到的最低流速和使帘幕自己愈合成完全无缺陷的液体帘幕的最低流速。根据本发明，已令人惊奇的发现，即使在极低的流速下，例如低于4.0升/分钟*米，聚乙烯醇的表面张力的动态表面张力值也可以达到最多50mNm且仍无缺陷地运行。
[0028]其他特征和优 点将从以下对本发明的详细说明和测试例中变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]现将参照说明本发明的不同方面和实施方式的仅以实例给出的测试例和所附示意图来更详细地描述本发明，在附图中:
[0030]图1a~Id示意性地示出了本发明的经涂覆的基底的实例，和
[0031]图2a~2d示意性地示出了本发明的包装材料的实例。
【具体实施方式】
[0032]在寻找适合的表面活性剂和适合的方法的过程中，测试了据声称适合于帘幕涂覆的许多不同的市售表面活性剂。但是，发现它们都不适合，因为他们要么不能提供稳定的帘幕，要么提供足够好的阻隔层。
[0033]在进行了许多测试之后，令人惊奇地发现了一组表面活性剂，它们能够提供所需的稳定帘幕效果和具有可接受量的针孔的高品质阻隔层。该组表面活性剂是非离子型乙氧基化醇，例如由BASF销售的商品Lutensol ON和Lutensol TO。具体而言，发现Lutensol0N50、Lutensol 0N70和Lutensol T08能提供所要求的结果。
[0034]根据BASF提供的产品信息，Lutensol ON类型是非离子型表面活性剂。它们是从饱和的合成短链脂肪醇制成的聚乙二醇烷基醚。它们符合下式:
[0035]RO (CH2CH2O)xH,其中
[0036]R=饱和的合成短链脂肪醇
[0037]X = 3、5、6、7、8 或 11
[0038]该产品名中的数字代码通常表示乙氧基化度。Lutensol ON类型是通过使脂肪醇与环氧乙烷以化学计量比反应而制得的。将乙氧基化温度保持得尽可能低。这与原料的高纯度组合时确保获得了高性能低毒性产品。根据获自BASF的其他信息，R可以是异CIO。
[0039]根据BASF提供的产品信息，Lutensol TO类型是非离子型表面活性剂。它们从饱和的异C13醇制得。它们符合以下结构式:R0(CH2CH20)XH，其中
[0040]R =异 C13H27
[0041]X = 3、5、6、6.5、7、8、10、12、15 或 20
[0042]该产品名中的数字代码表示乙氧基化度。Lutensol TO类型是通过使异C13羰基合成醇(OXO alcohol)与环氧乙烷以化学计量比反应而制得的。将乙氧基化温度保持得尽可能低。这与原料的高纯度组合时确保获得了高性能低毒性产品。
[0043]对于L utensol 0N50, x (乙氧基化度)为5 ;对于Lutensol 0N70, x为7。还测试了分子量较低的Lutensol ON-Lutensol 0N30 (x = 3),但未产生所需的效果。
[0044]对于Lutensol T08, x 为 8。Lutensol T08 的分子量约为 600g/mol。对于该组，还测试了分子量较低的Lutensol TO-Lutensol T06 (x = 6),但未产生所需的效果。
[0045]具有所需效果的非离子型乙氧基化醇是水溶性的且提供了相对慢的润湿。另一方面，Lutensol 0N30和T06不是水溶性的。Lutensol ON在乙氧基化度为5以上时为水溶性的，而Lutensol TO在乙氧基化度为8以上时为水溶性的。
[0046]另一种这样的水溶性非离子型乙氧基化醇是Lutensol XP。根据BASF提供的产品信息，Lutensol XP类型是支化的非离子型表面活性剂。它们是基于ClO-Guerbet醇和环氧乙烷的聚乙二醇烷基醚。Lutensol XP类型是通过使ClO醇与环氧乙烷以化学计量比反应而制得的。产品名中的数字部分表示乙氧基化的一般程度。该产品在乙氧基化度为7以上时是水溶性的。
[0047]在使用以下包含聚乙烯醇的液体涂覆组合物进行测试时获得了令人满意的良好结果:所述液体涂覆组合物的溶液根据具体产品的说明书配制，并按照以下浓度向该溶液中添加所关注的表面活性剂:
[0048]表面活性剂浓度(按原样添加的表面活性剂占完全干燥的组合物的总重量的重量百分比):0.05%~2%、优选0.1%~1.0%或甚至0.2%~5.0% ;组分的固相含量:4%~20%、优选7%~15%或甚至8%~10%。
[0049]通过以帘幕涂覆法将液体涂覆组合物沉积在移动的纤维类网上来进行测试。所述网是纸板。
[0050]测试结果列于表1中。该表中的结果是对以帘幕涂覆法涂覆的纸板进行测量而得到的，该纸板具有两层本发明的涂覆组合物，每层的涂覆重量与另一层相同或不同，总涂覆重量为2.0g/m2~3.0g/m2。在该表中，还示出了用仅包含聚乙烯醇(PvOH)的涂覆组合物和包含聚乙烯醇及市售表面活性剂Aerosol 0T75(Cytec, USA，其包含“磺基琥珀酸二辛酯钠”)的比较用测试，但未产生令人满意的气体阻隔层。
[0051]
【权利要求】
1.一种能够帘幕涂覆的气体阻隔性涂覆组合物，所述涂覆组合物包含聚乙烯醇和表面活性剂，其中，所述表面活性剂是水溶性非离子型乙氧基化醇。
2.如权利要求1所述的涂覆组合物，其特征在于，所述表面活性剂是饱和的异C13醇。
3.如权利要求2所述的涂覆组合物，其特征在于，所述表面活性剂具有式RO(CH2CH2O)XH，其中R=异C13H27，且X为8以上。
4.如权利要求1所述的涂覆组合物，其特征在于，所述表面活性剂是基于ClO-吉布特醇的聚乙二醇烷基醚，且乙氧基化度为7以上。
5.如权利要求1所述的涂覆组合物，其特征在于，所述表面活性剂是饱和的短链脂肪醇。
6.如权利要求5所述的涂覆组合物，其特征在于，所述表面活性剂具有式RO(CH2CH2O)XH，其中R =饱和的短链醇，且X为5以上。
7.如前述权利要求中任一项所述的涂覆组合物，其特征在于，所述涂覆组合物包含非离子型乙氧基化醇表面活性剂，相对于完全干燥的涂覆组合物的总重量，所述表面活性剂的浓度是0.05重量％~2.0重量％、优选0.1重量％~1.0重量％、更优选0.2重量％~0.5重量％。
8.如前述权利要求中任一项所述的涂覆组合物，其特征在于，所述涂覆组合物包含的组分的固相含量为4%~20%、优选为6%~12%、更优选为8%~10%。
9.如前述权利要求中任一项所述的涂覆组合物，其特征在于，所述涂覆组合物包含扁平颗粒。
10.如权利要求9所述的涂覆组合物，其特征在于，所述涂覆组合物包含纳米颗粒形式的蒙脱石粘土。
11.一种以至少一个涂覆步骤提供施涂有气体阻隔层的基底的方法，所述方法包括:在至少一个涂覆步骤中，通过用权利要求1~9中任一项所述的涂覆组合物对所述基底进行帘幕涂覆，而施涂所述涂覆组合物。
12.如权利要求11所述的方法，其中，至少一个涂层的涂覆重量是0.4g/m2以上且小于7.0g/m2。
13.如权利要求11或12所述的方法，其中，所述气体阻隔层的涂覆重量是0.8g/m2以上且小于7.0g/m2。
14.如权利要求11~13中任一项所述的方法，其中，所述基底是纤维基底或纸或纸板。
15.一种经涂覆的基底，所述经涂覆的基底具有至少一个气体阻隔层(2)，所述经涂覆的基底通过用权利要求1~10中任一项所述的涂覆组合物涂覆基底(I)而获得。
16.如权利要求15所述的经涂覆的基底，其中，所述气体阻隔层(2)的涂覆重量是0.8g/m2以上且小于7.0g/m2。
17.如权利要求15~16中任一项所述的经涂覆的基底，其中，所述基底(I)是纸板，所述纸板包含至少一个涂覆有所述涂覆组合物的纤维类层。
18.—种包装材料，所述包装材料包含权利要求17所述的经涂覆的纸板，所述包装材料在所述经涂覆的纸板的每一面上还包含低密度聚乙烯层(4)，且所述包装材料的OTR值小于 10ml/m2.24h.Iatm0
19.一种由权利要求18所述的包装材料制成的液体包装。
【文档编号】B65B25/00GK103958626SQ201280051977
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年10月30日 优先权日:2011年10月31日
【发明者】J·拉尔森, A·卡尔森 申请人:比勒鲁迪克斯那斯斯科格工业有限公司