可印刷辐射固化隔离涂层的制作方法
【专利说明】可印刷辐射固化隔离涂层
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年2月19日提交的美国临时专利申请号61/766, 240的优先权。 将所有申请以引用方式全部并入本文并且用于所有目的。 发明领域
[0003] 本发明涉及可印刷辐射固化高光泽度隔离涂层组合物，特别是含有与所述脂环族 单体和一种其它疏水性蜡材料组合的醇官能蜡或留醇的隔离涂层组合物。
[0004] 发明背景
[0005] 包装应用中使用的纸和纸板材料需要隔离性质从而使包装内的干燥物品避免外 部环境中的水分。用于纸基底的隔离涂层（已经在现有技术中描述）可以提供耐水性、耐 油性或耐化学性。它们可以降低通过纸的水蒸汽传递速率。隔离涂层还可以防止通过基底 的其它不希望的化学迀移。这些隔离涂层功能对于用于食品和非食品包装应用的许多纸包 装应用来说是特别有用的。可能需要包装来避免在潮湿条件中水分进入干燥物品和粉末材 料。相反地，一次性纸杯需要保持其液体含量。在一些情况下，在纸的制造过程期间涂覆的 隔离涂层可能足以满足这些包装要求，但是这些涂层材料也具有限制，这是普遍理解的。例 如，基于聚烯烃的蜡材料在涂在或层压在纸上时可以提供有效的隔离，但是这些蜡涂层具 有低光泽度、高涂层重量，并且妨碍纸的再利用。在纸制造期间施加的隔离处理还可能不利 地影响后续处理，如印刷、冲压或粘合纸包装。
[0006] 现有技术也讲授了可以在通过胶板印刷、柔性版印刷、墨喷印刷或其它方式将油 墨印刷到基底上之前或之后可以被涂覆在包装的选定区域的纸上有效可印刷隔离涂层的 实例。本领域已知的这些隔离涂层可被制造为基于溶剂的涂层、水基涂层或100%固体涂 层。在本领域众所周知，向涂层中加入具有疏水性、脂环族主链的材料可改善其固有的隔离 性质，特别是通过降低水蒸气的渗透性（参见例如J.M.Oliver,D.S.Babcock,"Influences onBarrierPerformanceofUV/EBCuredPolymers'，，RadTech2012Technical Conference)。被认为有助于隔离材料中的脂环族材料的特性的因素是（a)含有脂环烃基 的脂环族主链的疏水性（降低水蒸气溶解度），（b)在固化材料中达到的高交联密度（降 低水蒸气扩散速率），和（c)具有低片段迀移率的刚性脂环主链结构（也降低渗透扩散速 率）。
[0007] 众所周知，可以向隔离涂层中并入疏水性蜡材料来提高耐水性以及降低水蒸气渗 透性。然而，在讲授疏水性蜡材料的这种用途的现有技术中的方法没有解决在并入涂层组 合物时伴随其使用的暗淡表面和低光泽度。辐射固化涂层的外观和光泽度是与疏水性蜡材 料差的溶解度和结晶度相关的。蜡材料通常不能在涂层基质中形成溶液或均匀分散体。相 容性差的蜡材料在涂层表面蓄积，它们在表面形成减少有助于光泽度的单向反射的晶体和 无定形集合体。疏水性蜡材料的低折射指数也导致涂层光泽度的降低。
[0008] 对于纸包装应用来说光泽度是辐射固化涂层的重要、非常希望的性质。具有高光 泽度水平的透明涂层使下面的印刷图像显得更独特和多色。高光泽度是通过辐射固化涂层 中的高固体水平实现的，可能接近IOOwt. %的非挥发性固体。高固体水平促进辐射固化涂 层在纸表面上形成具有光滑表面的连续涂层的能力。对于一些与纸包装相关的应用来说， 可能非常希望设计起隔离涂层和光泽度涂层双重作用的辐射固化涂层。加入疏水性蜡来降 低涂层的MVTR迫使在隔离特性和光泽度之间产生折衷。
[0009] 现有技术公开了包含水或有机溶剂的其它隔离涂层。这些其它涂层类型需要在印 刷机上的干燥能力从而从印刷涂层除去水或溶剂。在一些地方，从印刷方法中的溶剂产生 的挥发性有机化合物也受环境保护标准管理和限制。本发明的涂层中不存在水或挥发性固 体是一种技术优势。一些包含水或有机溶剂的隔离材料在常规的柔性版印刷方法中也不能 被涂覆在纸或纸板上，因为它们可能缺乏与柔性版印刷方法相容的适当的流变学或化学性 质。本发明的涂层可以被选择性地涂覆在需要它的基底区域；而这些其它隔离材料必须均 匀地涂覆在整个纸或纸板上。本发明的可印刷隔离涂层可以被涂覆在可能在纸包装的制作 期间在基底表面上产生的印刷油墨或表面特征上。适印性是一个重要的技术优势。
[0010] 现有技术还公开了热熔融隔离和熔融蜡隔离，这些不需要包含任何水或挥发性溶 剂；然而，这些类型的涂层在室温下是固体材料。它们必须被加热到室温以上来熔融；因 此，这些材料也不与常规的柔性版印刷方法相容。本发明的涂层保持液态直到被印刷到选 定区域中的纸或纸板上并且通过光化学辐射固化之后。在纸上的热熔融和熔融蜡隔离还可 能具有其它不足，如低光泽度、暗淡模糊的外观、粘附性差和打滑。
[0011] 现有技术还公开了可以用作纸包装材料隔离层的层压聚乙烯薄膜；然而，层压过 程将隔离膜均匀遍布在整个纸或纸板表面上。层压隔离膜不能在柔性版印刷方法中或通过 任何其它预期的印刷方法选择性地涂覆在基底上。
[0012] 现有技术中公开的一些隔离涂层包含卤化聚合物或卤化蜡。卤化涂层材料具有不 希望的环境影响并且往往需要特殊的材料处置。本发明的涂层组合物不依赖任何卤化有机 材料的使用。
[0013] 本发明涉及可印刷辐射固化高光泽度隔离涂层组合物。本发明的主要技术优势在 将涂层印刷到纸或纸板的油墨接受面上并且随后暴露于光化学辐射之后是可辨别的。用这 种组合物印刷的基底获得其它常规辐射固化涂层不能实现的性质的组合，包括低MVTR和 高光泽度。现有技术公开了其它可印刷辐射固化隔离涂层组合物，但是这些其它组合物当 中没有一种声称印刷在纸上或纸板上具有低MVTR和高光泽度的组合。
[0014] 本发明描述了用于纸包装的可印刷隔离涂层组合物，所述组合物包括以下组分： 一种或多种疏水性、脂环族辐射固化单体；一种或多种醇官能蜡或留醇；和一种或多种其 它疏水性蜡。在被印刷和固化在纸或纸板的油墨接受面上之后，印刷的制品具有低的MVTR， 并且由于醇官能材料，固化的表面具有改善和更高的光泽度。现有技术公开了辐射固化的 其它可印刷隔离涂层组合物（例如WO2012/061704,公开了带有辐射固化隔离涂层的令包 装（reamwrap)材料）。现有技术还公开了在隔离材料中使用的包含疏水性、脂环族、辐射 固化单体的组合物（例如US2007/0117917和WO2006/107802描述了用于电子材料的隔 离密封剂）；因此在隔离材料中使用疏水性、脂环族单体通常是本领域已知的。在隔离涂层 中使用疏水性蜡材料的通常也是已知的（例如US7915183,描述纸上的石蜡涂层）。本发明 的意外发现是与脂环族单体和其它疏水性蜡材料组合的醇官能蜡或留醇在纸上固化时产 生具有改善、更高的光泽度的出色的隔离涂层。高光泽度是希望的性质，对于纸包装应用来 说具有额外的好处，加入疏水性蜡材料通常降低光泽度。本发明公开了使用醇官能蜡或甾 醇提高隔离涂层的光泽度。
[0015] 发明概述
[0016] 本发明提供一种涂层组合物，它包含：
[0017] (a) 40 %或更多的一种或多种疏水性脂环族单体；
[0018] (b)0. 1 %至10 %的一种或多种醇官能蜡或甾醇；和
[0019] (c)0. 1 %至10%的一种或多种疏水性蜡材料，
[0020] 其中，所述涂层组合物是可印刷的辐射固化隔离涂层组合物。
[0021] 本发明还提供一种印刷方法，它包括将本发明的隔离涂层组合物印刷到纸或纸板 基底上。
[0022] 本发明还提供一种包含本发明的隔离涂层组合物的印刷的基底。
[0023] 本发明还提供一种用于制造本发明的隔离涂层组合物的方法，所述方法包括将所 述疏水性脂环族单体、所述醇官能錯或留醇和所述疏水性錯材料一起加热至高达80°C的温 度从而促进蜡组分掺合以及混合到所述涂层组合物中。
[0024] 通过阅读以下更全面地描述的方法和配方的细节，本发明的这些和其它目的、优 点和特征对本领域技术人员来说将会变得显而易见。
[0025] 发明详述
[0026]
[0027] 为了本发明的目的，术语"辐射"或"光化学辐射"是指来自辐射能量源的能量，如 来自电子束源的高能电子或来自UV灯的紫外（UV)光。
[0028] 术语"辐射固化"是指那些涂层至少包含一种或多种辐射固化单体。这些辐射固 化涂层（或用于提供这些涂层的辐射固化涂层组合物）还可以包括其它任选的添加剂，例 如，溶剂、稀释剂、流变改性剂、分散剂、表面活性剂、流平剂、光引发剂、蜡、光学增亮剂、抑 制剂、稳定剂、消泡剂、脱气剂、反应性低聚物、反应性树脂、惰性树脂、填充剂等。
[0029] 术语"辐射固化单体"通常是指能量可固化（例如，可聚合、可交联等）从而提供 辐射固化聚合物的单体、低聚物等。用于本发明的涂层的辐射固化单体优选是疏水性、脂环 族单体。
[0030] 术语"脂环族"是指一类含有连接形成一个或多个脂肪族环的碳和氢原子的 脂环族有机化合物。含有碳和氢原子的碳环结构可以是饱和或不饱和的，但是所述环 结构优选不是苯环型或其它芳香族环系统。（参见Nic，M. ;Jirat，J. ;Kosata，B.，eds. (2006 - ).^Alicycliccompounds".IUPACCompendiumofChemicalTerminology)。
[0031] 术语"醇官能蜡"是指粘性非挥发性液体或具有低软化温度的固态脂肪醇，它不溶 于水。醇官能蜡的非限制性实例包括直链固态烷醇（如1-十六醇、1-十八醇或来自Baker Hughes的Unilin醇）和醇官能支链聚稀经（如VybarH-6175)。对本发明有用的醇官能 蜡优选具有在大约100_300mgK0H/g范围内的羟基值。
[0032] 术语"留醇"是指属于多环烃的类固醇类的任何天然醇衍生物。留醇含有四个彼 此连接的环烷环的特征性结构。留醇的非限制性实例包括胆固醇、麦角固醇、羊毛固醇、雌 二醇、睾酮和环阿屯醇。
[0033] 术语"隔离涂层"是指屏蔽环境湿气的涂层，即具有相对低的水蒸气透过率 (MVTR)，特别是在具有相对高的相对湿度（RH)的环境中（例如约65%或更高，更一般地是 约80 %或更高）。主要预期在本发明范畴内的隔离涂层是适于加印的透明、无色素涂层，但 是还可以任选向隔离涂层组合物中并入颜料。
[0034] 术语"疏水性"是指有机化合物具有较低水溶性或基于溶解度参数预期具有较低 水溶性。溶解度参数可以直接通过实验测量或使用官能团贡献方法计算。
[0035] 术语"疏水性蜡"通常是指粘性非挥发性液体或具有低软化温度的固体材料，它不 溶于水。
[0036] 术语"可印刷"是指可以选择性地涂覆从而在具有印刷接受面的纸或纸板基底上 形成图像的材料。
[0037] 术语"印刷接受面"是指能够吸附、吸收、摄取和接受等印刷油墨或涂层材料从而 形成一个或多个印刷图像的表面。印刷接受层可以包括（例如）一种或多种基底颜料（例 如，粘土、二氧化钛、碳酸钙、煅烧粘土等）、淀粉粘合剂、胶乳粘合剂、润滑剂（例如，硬脂酸 钙）、光学增亮剂等。
[0038] 术语"柔性版印刷"（也称为"柔印"）是指使用柔性凸板的印刷形式、技术、方法 等。柔性版印刷方法也使用专门设计或雕刻的印辊（网纹辊），它具有包括多个用于接收和 转移可印刷材料到印刷基底上的凹槽或单元的表面。柔性版印刷方法可以使用高流动性可 印刷材料（例如，水基油墨）、专门设计的聚合物凸版印刷板和在印刷辊隙区域中的轻微压 力。
[0039] 术语"光泽度"是指纸在镜像角度反射一部分入射光的能力。光泽度可以以在设定 角度从纸样品表面镜像反射的光量的测量结果为基准，例如，在60°，如使用BYKGardner 微-TRI-光泽度单元在60°的入射角测定的60°光泽度的情况下。
[0040] 术语"湿气渗透率"(MVTR)是指水分（水蒸气）通过或被传输通过材料、层、基底等 的速率，以g/m2/天为单位。本文中用于测定MVTR的方法在ISO方法2528 (但是在23°C和 85%RH下测定）中使用Gardner渗透性试验杯（P0-2301)描述。温度和湿度是在Nor-Iake Scientific试验室（ModelNSRI241WSW)中维持的。
[0041] 术语"相对湿度"（RH)是指在一定温度下的给定体