木素基涂料組合物的制作方法
【專利說明】木素基涂料組合物
[0001]發(fā)明背景
1.發(fā)明領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及包含木素的涂料組合物、用所述涂料組合物涂覆基材的方法和涂覆有所述涂料組合物的基材。
[0003]2.相關(guān)技術(shù)描述
[0004]由環(huán)氧樹脂形成的涂料組合物已用于涂覆食品和飲料的包裝和容器。盡管美國、加拿大、歐洲和日本的全球主要食品安全監(jiān)管局解釋的科學(xué)證據(jù)的衡量顯示就目前的商業(yè)環(huán)氧基涂料而言，消費(fèi)者所暴露的雙酚A水平是安全的，然而一些消費(fèi)者和品牌持有者持續(xù)表達(dá)擔(dān)憂，且期望不含雙酚A或者任何其他內(nèi)分泌干擾劑的涂料。
[0005]需要制備不含雙酚A或者基本上不含雙酚A的涂料組合物。本發(fā)明的木素基涂料組合物可用于制備尤其適于作為食品和飲料包裝和容器的包裝涂料的涂料組合物。
[0006]消費(fèi)者和品牌持有者希望由可再生源制成的涂料組合物，且使用木素作為該涂料組合物中的主要組分為食品接觸涂料提供了可持續(xù)的原料基礎(chǔ)。
[0007]發(fā)曰月簡沐
[0008]本發(fā)明的涂料組合物提供了良好的固化、耐溶劑性、抗發(fā)白性、蒸餾能力以及抗侵蝕性食品和飲料，同時(shí)為該涂料組合物中的一些原材料提供可持續(xù)的來源。
[0009]本發(fā)明包括含木素的涂料組合物，使用所述涂料組合物涂覆基材的方法和涂覆有涂料組合物的基材。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所述涂料組合物包含a)木素、b)溶劑和c)交聯(lián)劑的混合物。本發(fā)明還包括涂料組合物，其包含a)木素、b)包含(甲基)丙烯酸縮水甘油酯的聚合環(huán)氧交聯(lián)劑和c)溶劑的混合物。此外，本發(fā)明包括涂料組合物，其包含a)木素、b)溶劑和c)酚類交聯(lián)劑的混合物。所述混合物中所含的木素可具有中性或負(fù)電荷。
[0010]所述涂料組合物可通過包括如下步驟的方法制備:將木素、溶劑和交聯(lián)劑混合。在一些實(shí)施方案中，所述涂料組合物可通過包括如下步驟的方法制備:將木素、包含(甲基)丙烯酸縮水甘油酯的聚合環(huán)氧交聯(lián)劑和溶劑混合。此外，所述涂料組合物可通過包括如下步驟的方法制備:將木素、溶劑和酚類交聯(lián)劑混合。
[0011]還公開了涂覆有本發(fā)明涂料組合物的基材。在一些實(shí)施方案中，所述基材為用于食品或飲料的罐或包裝。
[0012]發(fā)明詳述
[0013]在本發(fā)明的前述實(shí)施方案和其他實(shí)施方案以及本文所述的權(quán)利要求中所用的下列術(shù)語通常具有所示的含義，但是如果本發(fā)明的益處通過將下列術(shù)語推導(dǎo)至更寬的含義而獲得，則這些含義并非意圖限制本發(fā)明的范圍。
[0014]本發(fā)明包括至少部分涂覆有涂料組合物的基材和涂覆基材的方法。本文所用的術(shù)語“基材”包括而不限于用于容納、碰觸或接觸任何類型的食品或飲料的罐、金屬罐、包裝、容器、貯器，或者其任何部分。同樣，作為非限制性實(shí)例，術(shù)語“基材”、“食品罐”、“食品容器”等包括可由罐端原料沖壓成形且用于飲料包裝的“罐端”。
[0015]本發(fā)明包括涂料組合物，其包含a)木素、b)溶劑和c)交聯(lián)劑的混合物。本發(fā)明還包括涂料組合物，其包含a)木素、b)包含(甲基)丙烯酸縮水甘油酯的聚合環(huán)氧交聯(lián)劑和c)溶劑的混合物。此外，本發(fā)明包括涂料組合物，其包含a)木素、b)溶劑和c)酚類交聯(lián)劑的混合物。所述混合物中的木素可具有負(fù)或中性電荷。
[0016]本文所用的術(shù)語“混合物”意指使用所指出的組分制得的溶液。該術(shù)語不排除存在可特意指出或未特意指出的其他組分的存在。在一些實(shí)施方案中，所述混合物中的木素不為改性的木素或者特定組分的反應(yīng)產(chǎn)物。
[0017]所述涂料組合物的制備方法可包括將木素、溶劑和交聯(lián)劑混合以形成混合物的步驟。在一些實(shí)施方案中，所述涂料組合物可通過包括如下步驟的方法制備:將木素、包含(甲基)丙烯酸縮水甘油酯的聚合環(huán)氧交聯(lián)劑和溶劑混合以形成混合物。此外，所述涂料組合物可通過包括如下步驟的方法制備:將木素、溶劑和酚類交聯(lián)劑混合以形成混合物。
[0018]木素通常具有羥基、酚和/或羧酸官能團(tuán)。木素中的各官能團(tuán)的水平取決于生物質(zhì)和用于將木素與生物質(zhì)中的纖維素和半纖維素分離的工藝條件。木素中通常存在少量灰分、纖維素和半纖維素。在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，木素以占所述涂料組合物的約1-約99重量％的量存在。
[0019]硫酸鹽漿、木素硫酸鹽和堿木素通常在堿性條件下以顯著的商業(yè)量由硬木、軟木和草(稻秸桿、小麥秸桿、大麻、蔗渣等)制備。用于制備木素的各種其他生物質(zhì)包括玉米秸桿、柳枝稷、城市廢棄物料流等。有機(jī)溶劑型(Organosolve)木素在可包括乙醇和水且通常為酸性的溶劑混合物中制備。水解木素通常在中性或酸性條件下制備。使用各種工藝步驟以有助于生物質(zhì)分解從而產(chǎn)生木素，包括蒸汽爆破，在通常超過100°C的溫度下在水中蒸煮，暴露于超臨界水、超臨界二氧化碳或其他物質(zhì)中，以及微生物和酶處理。所有常規(guī)制備方法均可能適用于本發(fā)明中。
[0020]適用于本發(fā)明中的木素沒有限制。就非限制性實(shí)例而言，所述木素可硫酸鹽漿木素、木素硫酸鹽、有機(jī)溶劑型木素、水解木素、堿木素或其混合物。在一些實(shí)施方案中，所述木素具有約500-30，000的數(shù)均分子量。一般而言，具有高羧酸含量(高于約0.5meq/g羧酸)的木素，如一些堿木素通常更適于用于水基涂料中，且通常與中和劑一起使用。具有較低羧酸含量(具有小于約0.5meq/g羧酸)的木素通常更適于用于溶劑基涂料中。
[0021]所述混合物中所用的溶劑可包括水、有機(jī)溶劑或其混合物。所述溶劑可以以占所述涂料組合物的約1-約95重量％的量存在。在某些情況下，當(dāng)所述涂料組合物包含水時(shí)，可使用中和劑以輔助木素在所述混合物中的分散。所述中和劑可包括而不限于氨，叔胺，作為非限制性實(shí)例例如為二甲基乙醇胺、2-二甲氨基-2-甲基-1-丙醇、三丁胺或其組合。所述中和劑可以以基于所述體系中待中和的酸和酚基的摩爾量為約O-約200%的量存在。
[0022]所述混合物可用其量占所述涂料組合物的約1-約99重量％的交聯(lián)劑制備。在一些實(shí)施方案中，所述木素為未改性的木素，這意味著所述木素不為木素多元醇、不含羥基官能團(tuán)、不含丙烯酸酯官能團(tuán)、未用甲醛化合物改性，且未用不飽和酸改性。交聯(lián)劑的非限制性列表包括環(huán)氧交聯(lián)劑，例如山梨醇環(huán)氧、丁二醇二縮水甘油基醚、氧化丙烯二縮水甘油基醚等，聚合環(huán)氧交聯(lián)劑，苯代胍胺甲醛，甘脲，蜜胺甲醛，苯酚甲醛交聯(lián)劑，脲甲醛，異氰酸酯，封閉的異氰酸酯，及其組合。所述聚合環(huán)氧交聯(lián)劑可為包含(甲基)丙烯酸縮水甘油酯的丙烯酸類(共)聚合物。該類具有(甲基)丙烯酸縮水甘油酯的丙烯酸類(共)聚合物通過為所述丙烯酸類(共)聚合物提供環(huán)氧官能團(tuán)而起聚合環(huán)氧交聯(lián)劑的作用。對使用酚類交聯(lián)劑的實(shí)施方案而言，發(fā)現(xiàn)固化的涂料組合物具有優(yōu)異的粘合性和高耐溶劑性。
[0023]所述包含(甲基)丙烯酸縮水甘油酯的聚合環(huán)氧交聯(lián)劑可在溶劑中通過添加烯屬不飽和單體組分和一種或多種引發(fā)劑而制備。在一些實(shí)施方案中，在約50-約150°C下經(jīng)約2小時(shí)將所述烯屬不飽和單體組分和引發(fā)劑添加至所述溶劑中。所述烯屬不飽和單體組分可包括而不限于(甲基)丙烯酸縮水甘油酯、乙烯基單體、丙烯酸類單體、烯丙基類單體、丙烯酰胺類單體；乙烯基酯，包括而不限于乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、乙酸乙烯基異丙酯，和類似的乙烯基酯；乙烯基鹵，包括而不限于氯乙烯、氟乙烯和偏二氯乙烯；乙烯基芳徑，包括而不限于苯乙烯、甲基苯乙烯和類似的低級烷基苯乙烯、氯苯乙烯、乙烯基甲苯、乙烯基萘；乙烯基脂族烴單體，包括而不限于α -烯烴，如作為非限制性實(shí)例的乙烯、丙烯、異丁烯和環(huán)己烯；以及共軛二稀，如作為非限制性實(shí)例的1，3_ 丁二烯、甲基-2-丁二烯、1，3-戊間二烯、2，3-二甲基丁二烯、異戊二烯、環(huán)己烷、環(huán)戊二烯和二環(huán)戊二烯。乙烯基烷基醚包括而不限于甲基乙烯基醚、異丙基乙烯基醚、正丁基乙烯基醚和異丁基乙烯基醚。丙烯酸類單體包括而不限于作為非限制性實(shí)例的單體，例如具有含約1-約10個(gè)碳原子的烷基酯部分的丙烯酸或甲基丙烯酸的低級烷基酯，以及丙烯酸和甲基丙烯酸的芳族衍生物。丙烯酸類單體包括作為非限制性實(shí)例的丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丙酯和甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸2-乙基己酯和甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸環(huán)己酯和甲基丙烯酸環(huán)己酯、丙烯酸癸酯和甲基丙烯酸癸酯、丙烯酸異癸酯和甲基丙烯酸異癸酯、丙烯酸芐酯和甲基丙烯酸芐酯，與丙烯酸和甲基丙烯酸反應(yīng)的各種縮水甘油基醚，丙烯酸羥烷基酯和甲基丙烯酸羥烷基酯，例如而不限限于丙烯酸羥乙酯和羥丙酯以及甲基丙烯酸羥乙酯和羥丙酯，和氨基丙烯酸酯和氨基甲基丙烯酸酯。所述烯屬不飽和單體組分可占所述涂料組合物的約1-約99重量％。
[0024]適于制備所述聚合環(huán)氧交聯(lián)劑的引發(fā)劑包括自由基引發(fā)劑，如過氧化苯甲酰、過辛酸叔丁酯、過苯甲酸叔丁酯、各種過碳酸鹽等。一般而言，所述引發(fā)劑以占所述烯屬不飽和單體組分混合物的約0.5-10重量％的量使用。適于制備所述聚合環(huán)氧交聯(lián)劑的溶劑包括丁醇、丁基溶纖劑、乙酸丁酯、二甲苯和其他常規(guī)溶劑。一般而言，將所述溶劑