阻隔性再回收纸板及其制造方法与流程

阻隔性再回收纸板及其制造方法
1.优先权本技术要求2020年3月20日提交的u.s. ser. no. 62/992,305的优先权。
2.领域本技术涉及具有增强的阻隔性质的再回收纸板基材领域。
3.背景使用纸板的食品或食品服务容器通常需要纸板的增强的阻隔性质，包括油、脂、水分、蒸气和/或氧气阻隔。已经采用聚乙烯挤出涂布和专用化学品(蜡、含氟化合物等)处理来为纸板容器提供耐油和耐脂性。然而，用蜡处理或用聚乙烯涂布的纸板，其通常用于耐油和耐脂的包装，在再制浆中具有困难，并且不能如常规纸板那样容易地再回收。用专用化学品如含氟化合物处理的纸板具有潜在的健康、安全和环境担忧。对于用于食品或食品服务包装的容器，愈发需要可持续且环境友好的包装。
4.因此，本领域技术人员继续在具有增强的阻隔性质和可持续性的纸板基材领域进行研究和开发。
5.概述在一个实施方案中，涂布纸板包括具有第一面和第二面的再回收纸板基材、施加在第一面上的第一隔水涂层和施加在第一隔水涂层上的第二隔水涂层。第一隔水涂层由粘合剂和颜料的混合物形成。第二隔水涂层由粘合剂和颜料的混合物形成。
6.在另一个实施方案中，存在一种用于制造涂布纸板的方法。方法包括在再回收纸板基材的第一面上施加第一隔水涂层，并在第一隔水涂层上施加第二隔水涂层。第一隔水涂层由粘合剂和颜料的混合物形成。第二隔水涂层由粘合剂和颜料的混合物形成。
7.在又一个实施方案中，涂布纸板包括具有第一面和第二面的再回收纸板基材以及施加在第一面上的第一隔水涂层。第一隔水涂层由粘合剂和颜料的混合物形成。
8.在又一个实施方案中，存在用于制造涂布纸板的方法。方法包括在再回收纸板基材的第一面上施加第一隔水涂层。第一隔水涂层由粘合剂和颜料的混合物形成。
9.所公开的涂布纸板和用于制造涂布纸板的方法的其它实施方案将由以下详细描述、附图和所附权利要求而变得显而易见。
10.附图简述图1是根据本说明书的示例性实施方案的涂布纸板的一部分的横截面。
11.详细描述图1是根据本说明书的示例性实施方案的涂布纸板2的一部分的横截面。如图1所示，涂布纸板2包括具有第一面6和第二面8的再回收纸板基材4、施加在第一面6上的第一隔水涂层10和施加在第一隔水涂层10上的第二隔水涂层12。根据本说明书的另一个示例性实施方案，可省略第二隔水涂层12。涂布纸板2可进一步包括在再回收纸板基材4的第一面6和第一隔水涂层10之间的底涂层14。涂布纸板2可进一步包括在再回收纸板基材4的第一面6上的附加层，如，例如，施加在第二隔水涂层12上的第三隔水涂层。第三隔水涂层可具有与第一隔水涂层10和第二隔水涂层12相同或不同的特性。另外，涂布纸板2可进一步包括在再
回收纸板基材4的第二面8上的附加层。这些附加层可以是与再回收纸板基材4的第一面6相同或不同的层。
12.再回收纸板基材由从废纸回收的纤维生产，从而提供可持续的纸板产品。在一种表达方式中，本说明书的再回收纸板基材4由至少1重量%的回收纤维制成。在又一种表达方式中，本说明书的再回收纸板基材4由至少5重量%的回收纤维制成。在又一种表达方式中，本说明书的再回收纸板基材4由至少10重量%的回收纤维制成。在又一种表达方式中，本说明书的再回收纸板基材4由至少20重量%的回收纤维制成。在又一种表达方式中，本说明书的再回收纸板基材4由至少30重量%的回收纤维制成。在又一种表达方式中，本说明书的再回收纸板基材4由至少40重量%的回收纤维制成。在又一种表达方式中，本说明书的再回收纸板基材4由至少50重量%的回收纤维制成。在又一种表达方式中，本说明书的再回收纸板基材4由至少60重量%的回收纤维制成。在又一种表达方式中，本说明书的再回收纸板基材4由至少70重量%的回收纤维制成。在又一种表达方式中，本说明书的再回收纸板基材4由至少80重量%的回收纤维制成。在又一种表达方式中，本说明书的再回收纸板基材4由至少85重量%的回收纤维制成。在又一种表达方式中，本说明书的再回收纸板基材4由至少90重量%的回收纤维制成。在又一种表达方式中，本说明书的再回收纸板基材4由至少95重量%的回收纤维制成。在又一种表达方式中，本说明书的再回收纸板基材4由至少99重量%的回收纤维制成。在又一种表达方式中，本说明书的再回收纸板基材4由100%的回收纤维生产。具有大量回收纤维的再回收纸板基材是更可持续的。
13.再回收纸板基材4的纸张厚度（caliper thickness）可取决于多种因素。在一个方面，纸张厚度为至少4点(0.004英寸)。在另一方面，纸张厚度至少为8点(0.004英寸)。在又一方面，纸张厚度至少为10点(0.010英寸)。在又一方面，纸张厚度为至少12点(0.012英寸)。在又一方面，纸张厚度为至少14点(0.014英寸)。在一种表达方式中，再回收纸板基材具有4点至36点(0.004英寸至0.036英寸)的纸张厚度。在另一种表达方式中，再回收纸板基材4具有10点至30点(0.010英寸至0.030英寸)的纸张厚度。在另一种表达方式中，再回收纸板基材4具有18点至28点(0.018英寸至0.028英寸)的纸张厚度。在另一种表达方式中，再回收纸板基材4具有20点至26点(0.020英寸至0.026英寸)的纸张厚度。
14.在一个方面，涂布纸板2包括在再回收纸板基材4的第一面6和第一隔水涂层10之间的底涂层14。
15.底涂层14可由粘合剂和颜料的混合物形成。在一个实例中，底涂层14的粘合剂可以以每100重量份颜料5-35重量份的量存在于混合物中。在另一个实例中，底涂层14的粘合剂可以以每100重量份颜料10-20重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，底涂层14的粘合剂可以以每100重量份颜料15-25重量份的量存在于混合物中。例如，底涂层的粘合剂可包含胶乳粘合剂、天然粘合剂、或胶乳粘合剂和天然粘合剂。底涂层的颜料可包含粘土、碳酸钙和氧化钛中的一种或多种。在一个实例中，底涂层的颜料包含粘土，例如高岭土。在一个方面，底涂层基本上不含含氟化合物。在另一方面，底涂层基本上不含蜡。在又一方面，底涂层基本上不含聚乙烯。
16.在一种表达方式中，底涂层可具有2至14磅/3000 ft2的涂层重量。在另一种表达方式中，底涂层可具有4至12磅/3000 ft2的涂层重量。在又一种表达方式中，底涂层可具有6至10磅/3000 ft2的涂层重量。
17.根据本说明书，第一隔水涂层由粘合剂和颜料的混合物形成。在一个方面，第一隔水涂层的粘合剂以每100重量份颜料30至50重量份的量存在于混合物中。在另一方面，第一隔水涂层的粘合剂以每100重量份颜料36至45重量份的量存在于混合物中。在又一方面，第一隔水涂层的粘合剂以每100重量份颜料37至44重量份的量存在于混合物中。在又一方面，第一隔水涂层的粘合剂以每100重量份颜料38至43重量份的量存在于混合物中。在又一方面，第一隔水涂层的粘合剂以每100重量份颜料39至42重量份的量存在于混合物中。在又一方面，第一隔水涂层的粘合剂以每100重量份颜料40至41重量份的量存在于混合物中。第一隔水涂层的粘合剂可以是胶乳粘合剂。第一隔水涂层的胶乳粘合剂可包含例如乙烯基丙烯酸类共聚物、聚乙酸乙烯酯、苯乙烯丙烯酸酯共聚物、丙烯酸类、乙酸乙烯酯-乙烯共聚物、聚乙烯醇和苯乙烯丁二烯共聚物中的一种或多种。
18.第一隔水涂层可进一步包含天然助粘合剂。在一个实例中，天然助粘合剂可以以每100重量份颜料至多16重量份的量存在于混合物中。在另一个实例中，天然助粘合剂可以以每100重量份颜料至多8重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，天然助粘合剂可以以每100重量份颜料至多4重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，天然助粘合剂可以以每100重量份颜料1至4重量份的量存在于混合物中。天然助粘合剂可以是淀粉或蛋白质助粘合剂。
19.第一隔水涂层可进一步包含添加剂。在一个实例中，添加剂可以以每100重量份颜料至多4重量份的量存在于混合物中。在另一个实例中，添加剂可以以每100重量份颜料至多2重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，添加剂可以以每100重量份颜料至多1重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，添加剂可以以每100重量份颜料至多0.7重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，添加剂可以以每100重量份颜料至多0.1至0.7重量份的量存在于混合物中。
20.添加剂可包含粘度调节剂。在一个实例中，粘度调节剂可以以每100重量份颜料0.1至4.0重量份的量存在于混合物中。在另一个实例中，粘度调节剂可以以每100重量份颜料0.2至2.0重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，粘度调节剂可以以每100重量份颜料0.3至1.0重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，粘度调节剂可以以每100重量份颜料0.4至0.8重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，粘度调节剂可以以每100重量份颜料0.5至0.7重量份的量存在于混合物中。粘度调节剂可包含碱可溶胀乳液或任何其它类型的粘度调节剂。
21.添加剂可包含不溶粘料。在一个实例中，不溶粘料可以以每100重量份颜料0.01至2.0重量份的量存在于混合物中。在另一个实例中，不溶粘料可以以每100重量份颜料0.02至1.0重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，不溶粘料可以以每100重量份颜料0.05至0.5重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，不溶粘料可以以每100重量份颜料0.1至0.25重量份的量存在于混合物中。不溶粘料可包含碳酸锆铵、乙二醛或碳酸锆钾。
22.第一隔水涂层的颜料可包含粘土、碳酸钙和氧化钛中的一种或多种。例如，第一隔水涂层的颜料可包含粘土，例如高岭土。
23.在一个方面，第一隔水涂层基本上不含含氟化合物。在另一方面，第一隔水涂层基本上不含蜡。在又一方面，第一隔水涂层基本上不含聚乙烯。
24.在一种表达方式中，第一隔水涂层具有5至15磅/3000 ft2的涂层重量。在另一种
表达方式中，第一隔水涂层具有7至13磅/3000 ft2的涂层重量。在又一种表达方式中，第一隔水涂层的涂层重量为9至11磅/3000 ft2。
25.根据本说明书，第二隔水涂层由粘合剂和颜料的混合物形成。在一个方面，第二隔水涂层的粘合剂以每100重量份颜料30至50重量份的量存在于混合物中。在另一方面，第二隔水涂层的粘合剂以每100重量份颜料36至45重量份的量存在于混合物中。在又一方面，第二隔水涂层的粘合剂以每100重量份颜料37至44重量份的量存在于混合物中。在又一方面，第二隔水涂层的粘合剂以每100重量份颜料38至43重量份的量存在于混合物中。在又一方面，第二隔水涂层的粘合剂以每100重量份颜料39至42重量份的量存在于混合物中。在又一方面，第二隔水涂层的粘合剂以每100重量份颜料40至41重量份的量存在于混合物中。第二隔水涂层的粘合剂可以是胶乳粘合剂。第二隔水涂层的胶乳粘合剂可包含例如乙烯基丙烯酸类共聚物、聚乙酸乙烯酯、苯乙烯丙烯酸酯共聚物、丙烯酸类、乙酸乙烯酯-乙烯共聚物、聚乙烯醇和苯乙烯丁二烯共聚物中的一种或多种。
26.第二隔水涂层可进一步包含天然助粘合剂。在一个实例中，天然助粘合剂可以以每100重量份颜料至多16重量份的量存在于混合物中。在另一个实例中，天然助粘合剂可以以每100重量份颜料至多8重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，天然助粘合剂可以以每100重量份颜料至多4重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，天然助粘合剂可以以每100重量份颜料1至4重量份的量存在于混合物中。天然助粘合剂可以是淀粉或蛋白质助粘合剂。
27.第二隔水涂层可进一步包含添加剂。在一个实例中，添加剂可以以每100重量份颜料至多4重量份的量存在于混合物中。在另一个实例中，添加剂可以以每100重量份颜料至多2重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，添加剂可以以每100重量份颜料至多1重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，添加剂可以以每100重量份颜料至多0.7重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，添加剂可以以每100重量份颜料至多0.1至0.7重量份的量存在于混合物中。
28.添加剂可包含粘度调节剂。在一个实例中，粘度调节剂可以以每100重量份颜料0.1至4.0重量份的量存在于混合物中。在另一个实例中，粘度调节剂可以以每100重量份颜料0.2至2.0重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，粘度调节剂可以以每100重量份颜料0.3至1.0重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，粘度调节剂可以以每100重量份颜料0.4至0.8重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，粘度调节剂可以以每100重量份颜料0.5至0.7重量份的量存在于混合物中。粘度调节剂可包含碱可溶胀乳液或任何其它类型的粘度调节剂。
29.添加剂可包含不溶粘料。在一个实例中，不溶粘料可以以每100重量份颜料0.01至2.0重量份的量存在于混合物中。在另一个实例中，不溶粘料可以以每100重量份颜料0.02至1.0重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，不溶粘料可以以每100重量份颜料0.05至0.5重量份的量存在于混合物中。在又一个实例中，不溶粘料可以以每100重量份颜料0.1至0.25重量份的量存在于混合物中。不溶粘料可包含碳酸锆铵、乙二醛或碳酸锆钾。
30.第二隔水涂层的颜料可包含粘土、碳酸钙和氧化钛中的一种或多种。例如，第二隔水涂层的颜料可包含粘土，例如高岭土。
31.在一个方面，第二隔水涂层基本上不含含氟化合物。在另一方面，第二隔水涂层基
本上不含蜡。在又一方面，第二隔水涂层基本上不含聚乙烯。
32.在一种表达方式中，第二隔水涂层具有5至15磅/3000 ft2的涂层重量。在另一种表达方式中，第二隔水涂层的涂层重量为7至13磅/3000 ft2。在又一种表达方式中，第二隔水涂层的涂层重量为9至11磅/3000 ft2。
33.因此，在一个方面，第二隔水涂层可具有与第一隔水涂层相同或不同的组成。
34.在一个方面，本说明书的涂布纸板具有至少5的3m kit测试值。在另一个方面，本说明书的涂布纸板具有至少6的3m kit测试值。在又一个方面，本说明书的涂布纸板具有至少7的3m kit测试值。在又一个方面，本说明书的涂布纸板具有至少8的3m kit测试值。在又一个方面，本说明书的涂布纸板具有至少9的3m kit测试值。在又一个方面，本说明书的涂布纸板具有至少10的3m kit测试值。在又一个方面，本说明书的涂布纸板具有至少11的3m kit测试值。通过3m kit测试(tappi标准t559 cm-02)在“阻隔性面”测量耐油和耐脂性(ogr)。在该试验中，等级为1 (最小的耐油和耐脂性)至12 (优异的耐油和耐脂性)。
35.在一个方面，本说明书的涂布纸板具有至多5克/平方米的30分钟油cobb测试。在另一方面，本说明书的涂布纸板具有至多3克/平方米的30分钟油cobb测试。在另一方面，本说明书的涂布纸板具有至多2克/平方米的30分钟油cobb测试。在另一方面，本说明书的涂布纸板具有至多1克/平方米的30分钟油cobb测试。吸油性(油cobb)用于量化和比较ogr性能(耐油和耐脂性)，其通过1平方米的涂布纸板测量在特定时间例如30分钟内吸收的油的质量。对于测试的每种条件，切割样品以提供两个片，每个片为6英寸
×
6英寸正方形。每个正方形样品在临测试前称重。然后将4英寸
×
4英寸(面积16平方英寸或0.0103平方米)正方形的浸透花生油的吸墨纸置于测试样品的中心(阻隔性面)并轻轻按压以确保油性吸墨纸的全部面积接触涂布的表面。在用秒表监测30分钟后，用镊子轻轻地除去油性吸墨纸，并且用擦拭纸(kimwipes)从涂布表面擦去过量的油。然后再次称重测试样品。测试前后的重量差(克)除以0.0103平方米的测试面积得到油cobb值(克/平方米)。
36.在一个方面，本说明书的涂布纸板具有小于60克/平方米的2分钟水cobb。在另一方面，本说明书的涂布纸板具有小于50克/平方米的2分钟水cobb。在又一方面，本说明书的涂布纸板具有小于45克/平方米的2分钟水cobb。在又一方面，本说明书的涂布纸板具有小于40克/平方米的2分钟水cobb。通过水cobb (tappi标准t441 om-04)以g/m2/2分钟，使用23℃水评价隔水。
37.在一个方面，本说明书的涂布纸板具有小于800克/平方米/天的水蒸气透过率。在另一方面，本说明书的涂布纸板具有小于700克/平方米/天的水蒸气透过率。在又一方面，本说明书的涂布纸板具有小于650克/平方米/天的水蒸气透过率。在又一方面，本说明书的涂布纸板具有小于600克/平方米/天的水蒸气透过率。在又一方面，本说明书的涂布纸板具有小于550克/平方米/天的水蒸气透过率。按照tappi标准t464 om-12，在38℃和90%相对湿度下通过wvtr (水蒸气透过率)评价水蒸气阻隔。
38.在一个方面，本说明书的涂布纸板可再制浆至在再制浆之后良浆百分比为至少85%的程度。在另一方面，本说明书的涂布纸板可再制浆至在再制浆之后良浆百分比为至少90%的程度。在又一方面，本说明书的涂布纸板可再制浆至在再制浆之后良浆百分比为至少95%的程度。在又一方面，本说明书的涂布纸板可再制浆至在再制浆之后良浆百分比为至少97%的程度。在又一方面，本说明书的涂布纸板可再制浆至在再制浆之后良浆百分比为至少
98%的程度。使用amc maelstom再制浆器测试可再制浆性。将110克切成1"
×
1"正方形的涂布纸板加入含有2895克水(ph为6.5
±
0.5，50℃)的再制浆器中，浸泡15分钟，并且然后再制浆30分钟。然后将300 ml再制浆的浆料通过振动平筛(0.006"筛缝尺寸，slot size)筛分。收集筛渣(被筛网捕获)和纤维良浆，干燥并称重。基于良浆和浆渣的重量计算良浆百分比，其中100%是完全可再制浆性的。
39.本说明书的涂布纸板可被生产成容器，例如食品包装容器。因此，本说明书还包括容器，其中容器包括本说明书的涂布纸板。
40.涂布纸板可通过在再回收纸板基材的第一面上施加第一隔水涂层和在第一隔水涂层上施加第二隔水涂层来制造，其中所述第一隔水涂层由粘合剂和颜料的混合物形成，其中所述第二隔水涂层由粘合剂和颜料的混合物形成。再回收纸板基材可以是未涂布的再回收纸板基材或其上具有底涂层的涂布的再回收纸板基材，其中第一隔水涂层被施加在底涂层上。第一隔水涂层可例如用棒式涂布机施加。第二隔水涂层可用例如气刀施加。然而，代替的其它涂布机类型可用于第一隔水涂层或第二隔水涂层，包括但不限于帘式涂布机、刮刀涂布机、薄膜涂布机、短贮留涂布机（short-dwell coater）、喷涂器和计量膜施胶压榨（metering film size press）。此外，涂层可以在造纸机上或通过离线涂布机施加。方法可包括涂布纸板的前述特征中的任何一个或多个。
41.实验实施例表1列出了用于实验实施例的隔水涂层的原料。
42.。
43.表2列出了实验实施例的隔水涂层的涂料配方。
44.。
45.表3列出了用实验实施例的隔水涂料涂布的纸板的测试结果。纸板基材是20pt或26pt，renew100 hs，未涂布原纸（raw stock），来自stroudsburg mill of westrock。通过以下涂布方法涂布隔水涂料。纸板通过用于第一层阻隔涂层的棒式涂布机和用于第二层阻隔涂层的气刀涂布机涂布。
46.。
47.作为对照，未涂布的26pt renew 100hs原纸显示了来自可再制浆性试验的97.5%的良浆%。
48.尽管已经示出并描述了所公开的涂布纸板和用于制造涂布纸板的方法的各种实施方案，但是本领域技术人员在阅读说明书时可想到修改。本技术包括这些修改，并且仅由权利要求的范围来限制。