專利名稱：具有改進的阻隔性能的多層涂布基底的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有阻隔性能的涂布基底的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
具有阻隔性能的基底對于包裝食物、飲料或其他對環(huán)境影響敏感的產(chǎn)品非常重要。通常使用如刮刀涂布、棍棒(桿)涂布、對輥(薄膜)涂布或者氣刀涂布的公知的涂布技術(shù)，使這些基底具有阻隔層。然而，這些涂布方法中的每一種都存在其自身固有的問題，即能夠產(chǎn)生劣質(zhì)的阻隔質(zhì)量。此外，所有這些方法的一個常見特點是對于通常具有凸起或凹進的不規(guī)則表面的紙基料來說，涂布液體用量隨著其施用于凸起還是凹進上而不同。所以，涂層厚度及其相應(yīng)的阻隔性能在整個涂布基底表面上的變化，導(dǎo)致了阻隔性能的不規(guī)則性。而且，所述方法也受到涂布于基底上的涂層厚薄的限制?，F(xiàn)有技術(shù)中公知的所述涂布方法的另一缺點是在每一涂布位置僅能將單涂層涂布在基底上。如果要將幾個阻隔層涂布于一個基底上，那么上述的每一涂層都需要一個分離的涂布位置或者在進一步的涂布機上接著進行涂布。當(dāng)試圖將另一涂層涂布于具有極強疏水性能和防水性能的涂層上時，加工多涂層的連續(xù)涂布的方法是不理想的，其中現(xiàn)有技術(shù)的連續(xù)涂布步驟難以實現(xiàn)。盡管有很多缺點，由于其經(jīng)濟性尤其是可以實現(xiàn)極高線速度，在造紙工業(yè)中這些涂布方法仍然是主要的制備方法。
幕涂是一種比較新的涂布技術(shù)。歐洲專利EP-A-517223以及日本專利申請JP-94-89437、JP-93-311931、JP-93-177816、JP-93-131718、JP-92-298683、JP-92-51933、JP-91-298229、JP-90-217327和JP-8-310110公開了幕涂方法的運用，即將一層或者多層著色涂層涂于一移動紙張表面。更明確地，現(xiàn)有技術(shù)涉及(i)幕涂方法適用于將單層著色涂層涂布于原紙基底上，從而在紙張上形成單層著色涂層。
(ii)在使用刮刀涂布方法進行涂布單層著色頂層之前，幕涂方法適用于將有色單一底層涂布于原紙基底上。這樣通過順序涂布著色涂層，可以獲得紙張的多層著色涂層。
(iii)幕涂方法適用于將單一著色頂層涂布于原紙基底上，該基底已用刮刀涂布或計量輥涂布方法涂布了單層著色預(yù)涂層。這樣通過順序涂布著色涂層，可以獲得紙張的多層著色涂層。
(iv)幕涂方法適用于將兩層專用著色涂料的兩單層涂布于一原紙基底上，以便該單層在連續(xù)方法中得到應(yīng)用。這樣通過進行順序涂布著色涂層，可以獲得紙張的多層著色涂層。
與上述討論的現(xiàn)有技術(shù)所公開的一樣，與使用傳統(tǒng)涂布方法生產(chǎn)的紙張表面相比，將單層著色涂層涂布于移動的紙張基料表面的幕涂方法，可以生產(chǎn)出具有高質(zhì)量的涂層紙張表面。然而，使用幕涂技術(shù)的單層著色涂層的順序涂布受到幕涂方法中動力學(xué)特性的限制。特別地，重量輕的涂層只能在低于目前常規(guī)涂布方法中所用的涂布速度下制成，因為在高涂布速度下這種涂布幕變得不穩(wěn)定以致形成較差的涂層表面。所以，生產(chǎn)多層涂布的紙張和紙板的常規(guī)方法是刮刀涂布、輥棒或輥筒涂布方法。遺憾地是，無論使用上述任何涂布方法，由于所需涂布位置的數(shù)量、所需輔助硬件如傳動裝置、干燥設(shè)備等的量以及放置這些機器的空間，在連續(xù)涂布位置進行紙張或紙板的連續(xù)著色單層的涂布中的應(yīng)用仍然是一個資金密集型方法。
用于進行多涂層同時涂布的幕涂方法是公知的，美國專利US3508947和3632374中描述了該方法，用于將照相組合物涂布于紙或塑料基料上。然而，照相溶液或乳劑具有低的粘度和低的固形物含量，且該方法在低涂布速度下進行。
除了照相應(yīng)用外，從壓敏復(fù)印紙制備技術(shù)中可以了解到利用幕涂方法同時進行多涂層涂布。例如，美國專利US4230743公開了在一個實施方案中將底層涂料和第二層同時涂布于移動的基料上，其中底層涂料包括微膠囊作為主要成分，第二層包括一種有色顯影劑作為主要成分。然而，據(jù)報道所得紙張與順序涂布得到的紙張具有同樣的性質(zhì)。此外，這種含有色顯影劑的涂料組合物的粘度在22℃時為10-20cps。
日本專利申請JP-A-10-328613公開了用幕涂方法將兩涂層同時涂布于紙基料上以制造噴墨紙。根據(jù)該參考的教導(dǎo)，使用的涂層組合物是具有8重量％的極低固形物含量的水溶液。此外，為了獲得涂層溶液的非牛頓行為添加了增稠劑。日本專利申請JP-A-10-328613中的實施例顯示了只有在線速度低于400米/分鐘時才能獲得可接受的涂層質(zhì)量。
由于現(xiàn)有技術(shù)的不足，人們期待經(jīng)濟的、用于制備具有阻隔性能的如紙或紙板基底的改進方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的根本技術(shù)問題是提供了一種包括阻隔性能、克服了現(xiàn)有技術(shù)缺點的涂布基底的生產(chǎn)方法。本發(fā)明進一步的目的是將多層阻隔涂層涂布于基底上，藉此每一阻隔涂層具有一種專用阻隔功能，從而通過選擇所述專用涂層可以設(shè)計具專用阻隔功能的基底。
使用一種涂布基底的生產(chǎn)方法解決了本發(fā)明的技術(shù)問題，該方法包括的步驟是a)制備一種復(fù)合的、多層自由流動涂布幕(free flowing curtain)，藉此該多層自由流動涂布幕包括至少兩層、具有至少兩種不同阻隔功能的涂層，該阻隔功能選自油類和/或油脂阻隔功能、水蒸氣阻隔功能、防水功能、溶劑阻隔功能、香氣阻隔功能和氧氣阻隔功能。和b)將涂布幕與連續(xù)的基料基底接觸，藉此，如果在多層涂布幕中存在具油類和/或油脂阻隔層，該涂布基底在平整測試中的Kit值至少為5，如果在多層涂布幕中存在水蒸氣阻隔層，該涂布基底的水蒸氣透過速率小于50克/(平方米/天)(50％相對濕度，23℃)，如果在多層涂布幕中存在防水層，該涂布基底的10分鐘Cobb值小于20克/平方米，如果在多層涂布幕中存在氧氣阻隔層，該涂布基底的氧氣透過速率小于200立方厘米/(平方米/24小時/巴)(1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，23℃，90％相對濕度)?；诒景l(fā)明的目的，當(dāng)存在有機溶劑阻隔功能時，根據(jù)商業(yè)上可接受的標(biāo)準(zhǔn)，該涂層提供一種有機溶劑的阻隔功能。基于本發(fā)明的目的，當(dāng)存在香氣阻隔功能時，根據(jù)商業(yè)上可接受的標(biāo)準(zhǔn)，該涂層提供一種香氣阻隔功能。
這里所用的術(shù)語“涂布基底”也包括涂布原紙或紙板。術(shù)語“連續(xù)的基料基底”包括原紙和紙板的連續(xù)基料基底。此外，這里所用的術(shù)語“阻隔層”可理解為提供至少一種上述阻隔功能的涂層。
本發(fā)明的多層自由流動涂布幕包括底層或界面層、頂層和任選的一個或多個內(nèi)層。本發(fā)明的涂布幕包含至少兩層，優(yōu)選至少三層，較優(yōu)選至少四層，更優(yōu)選至少五層，最優(yōu)選至少六層。涂布幕的涂層可以包括一層或多層印刷層，一層或多層功能層，一層或多層間隔層，一層或多層涂布層，和具阻隔功能的涂層等，或者它們的任意組合。間隔層是能隔離至少兩個其它層的層。涂布幕的每一層包括液體、乳劑、分散劑、懸浮液或溶液。在優(yōu)選實施方案中，步驟a)中的自由流動涂布幕包含提供了可印性的頂層。
優(yōu)選步驟a)的多層涂布幕包括至少一個涂層，該涂層包括至少一種顏料例如粘土、高嶺土、煅燒粘土、滑石、碳酸鈣、二氧化鈦、緞光白、合成麥羥硅石(magadiite)、合成聚合物顏料、氧化鋅、硫酸鋇、石膏、硅石、氫氧化鋁、云母和硅藻土。特別優(yōu)選高嶺土、滑石、碳酸鈣、二氧化鈦、緞光白和包括中空的聚合物顏料的合成聚合物顏料。為了提高阻隔性能，至少一個涂層可包括某一片狀顏料，例如滑石、層狀微粒、高長寬比粘土、云母、合成麥羥硅石等。
此外，在步驟a)的多層涂布幕中，至少一層包括粘合劑。在實施本發(fā)明時有用的粘合劑包括如苯乙烯-丁二烯膠乳、苯乙烯-丙烯酸酯膠乳、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈膠乳、苯乙烯-丙烯酸酯-丙烯腈膠乳、苯乙烯-丁二烯-丙烯酸酯-丙烯腈膠乳、苯乙烯-順丁烯二酐膠乳、苯乙烯-丙烯酸酯-順丁烯二酐膠乳、多糖、蛋白質(zhì)、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、纖維素和纖維素衍生物。優(yōu)選粘合劑包括羧化苯乙烯-丁二烯膠乳、羧化苯乙烯-丙烯酸酯膠乳、羧化苯乙烯-丁二烯-丙烯腈膠乳、羧化苯乙烯-順丁烯二酐膠乳、羧化多糖、蛋白質(zhì)、聚乙烯醇、羧化聚乙烯乙酸酯及其混合物。多糖的實例包括瓊脂、藻酸鈉和淀粉，該淀粉包括改性淀粉如熱改性淀粉、羧甲基化淀粉、羥乙基化淀粉和氧化淀粉?？捎糜诒景l(fā)明方法中的蛋白質(zhì)的實例包括白蛋白、大豆(soy)蛋白和酪蛋白。
可以調(diào)節(jié)涂布幕每一層的涂層重量以獲得所需涂布基底的性能。步驟a)的多層涂布幕中至少一個涂層適宜地具有小于30克/平方米的干涂層重量，優(yōu)選小于20克/平方米，較優(yōu)選小于10克/平方米，更優(yōu)選小于5克/平方米，以及最優(yōu)選小于3克/平方米。
由步驟a)中多層涂布幕制備的涂層優(yōu)選在所制紙張上的干涂層重量為3-60克/平方米，較優(yōu)選為5-25克/平方米。由涂布幕制備的涂層理想的干涂層重量為小于60克/平方米，可選小于30克/平方米，可選小于20克/平方米，可選小于15克/平方米，可選小于12克/平方米，可選小于10克/平方米，最優(yōu)選小于5克/平方米。
每一阻隔層的粘度和固形物含量可以根據(jù)其預(yù)期性能而大大改變。只要獲得適宜的阻隔性能，粘度和固體含量的任何組合都可以應(yīng)用。本發(fā)明的多層涂布幕的每一阻隔涂層優(yōu)選的固形物含量為高達(dá)75重量％，其粘度高達(dá)3000cps(布氏，心軸5，100rpm，25℃)，更優(yōu)選30-2000cps。優(yōu)選阻隔層涂層重量為0.1-30克/平方米，更優(yōu)選1-10克/平方米。令人滿意地，阻隔層的粘度至少為50cps，優(yōu)選至少100cps，更優(yōu)選至少200cps，最優(yōu)選230-2000cps。
步驟a)的自由流動涂布幕優(yōu)選的固形物含量為至少10重量％，優(yōu)選至少40重量％，更優(yōu)選至少45重量％和最優(yōu)選至少50重量％。只要各層能形成自由流動涂布幕，涂布幕的各層粘度就不是很關(guān)鍵了。
本發(fā)明步驟a)的涂布幕可進一步包括一層或多層非阻隔功能的涂層。功能涂層的目的是在涂布的紙上形成預(yù)期的功能。選定得功能涂層可提供的功能為例如適印性、片材剛度、片材柔韌性、抗折疊破裂性、紙張定型性、防粘著性、粘合性能、熱密封性能、抗磨損性和如色澤、亮度、不透明度、光澤度等的光學(xué)性能。由于粘性涂布材料能將基底粘接在導(dǎo)向輥或其他涂布設(shè)備上，非常粘的功能涂層通常不采用常規(guī)的連續(xù)涂布方法進行涂布。另一方面，同時多層涂布方法使該功能涂層置于頂層之下來保護功能涂層不與涂布設(shè)備接觸。
理想地，即使在基底折疊或彎曲后，仍可保持涂布基底的阻隔性能。根據(jù)使用Heildelberg快速折疊器將涂布樣品折疊而對折疊的基底進行目測來判定涂布基底的抗折疊破裂性。本發(fā)明涂布基底的抗折疊破裂性優(yōu)選至少為2。在本發(fā)明一個實施方案中，使用柔韌的功能涂層和/或柔韌阻隔涂層以增加涂布基底的抗折疊性。
在優(yōu)選實施方案中，步驟a)的多層涂布幕包括至少一具阻隔性能的涂層，該涂層包括至少一種或多種成分，例如乙烯丙烯酸共聚物、乙烯乙烯醇共聚物、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、聚酯、聚烯烴、羧化苯乙烯-丁二烯膠乳、羧化苯乙烯丙烯酸酯膠乳、聚偏1，1-二氯乙烯、聚氯乙烯、淀粉、蛋白質(zhì)苯乙烯-丙烯酸共聚物、苯乙烯順丁烯二酐、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、羧甲基纖維素、硅氧烷、蠟、氯丁二烯橡膠、聚羥基醚、漆、聚乳酸、聚乳酸共聚物、含氟原子的聚合物、諸如羧化苯乙烯丁二烯丙烯腈共聚物的丙烯腈共聚物，以及它們混合物。
優(yōu)選地，在步驟a)多層自由流動涂布幕的復(fù)合物中，與待涂布基底接觸的界面層不是阻隔層。界面層的一個重要功能是促進基底的潤濕。界面層可以有一種以上性能。例如，除了潤濕外，它可以覆蓋基底，以及改善諸如粘合作用、定型性能、硬度或這些性能組合的表現(xiàn)。如果沒有提供附加性能，優(yōu)選該涂層相對較薄。界面層適宜的涂層重量為0.1-30克/平方米，優(yōu)選1-3克/平方米。以界面層在涂布幕中所占的重量計，界面層適宜的固形物含量為0.1-75％。在一個實施方案中，界面層的固形物含量相對較低，優(yōu)選的固形物含量為0.1-40％。優(yōu)選界面層的粘度為至少55cps，較優(yōu)選至少100cps，更優(yōu)選至少200cps。優(yōu)選中間層的粘度為230-2000cps。
在一個優(yōu)選的實施方案中，步驟a)的多層自由流動涂布幕的至少一層包括本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的添加劑，例如至少一種表面活性劑、至少一種分散劑、至少一種潤滑劑、至少一種保水劑、至少一種交聯(lián)劑、至少一種熒光增白劑、至少一種顏料染料或著色劑、至少一種增稠劑、至少一種消泡劑、至少一種防沫劑、至少一種抗微生物劑或至少一種可溶性染料或者著色劑等。也可以使用添加劑的混合物。
優(yōu)選在涂布前對涂層顏料進行脫氣，來消除引起涂層瑕疵的涂層中的氣泡。
根據(jù)本發(fā)明，通過使用具有滑動噴嘴裝置的幕涂設(shè)備，可同時進行幕式涂層的涂布，該滑動噴嘴裝置用來傳送多層液體涂層以形成連續(xù)的多層涂布幕?？蛇x一種擠出型的供給頭如縫隙式口?；驀娮炜梢詰?yīng)用于本發(fā)明的實施中，該供給頭具有幾個相鄰擠出噴嘴。
利用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法可確定所得涂布基底的阻隔性能。
當(dāng)多層涂布幕存在油類和/或油脂阻隔層時，優(yōu)選涂布基底具有在平整測試(flat-test)中至少為5的Kit值和/或在折痕測試(creased-test)中至少為3的Kit值。當(dāng)多層涂布幕中存在油類和/或油脂阻隔涂層時，優(yōu)選涂布基底可以通過抗熱油(油酸)污染性測試，其詳細(xì)說明如下。在優(yōu)選的實施方案中，當(dāng)步驟a)的多層涂布幕存在油類和/或油脂阻隔層時，涂布紙張或紙板具有在平整測試中至少為8的Kit值，更優(yōu)選至少為11和最優(yōu)選至少為12。而且，如果步驟a)多層涂布幕存在油類和/或油脂阻隔層時，涂布紙張或紙板具有在析痕測試中至少為4的Kit值，更優(yōu)選至少為7。
優(yōu)選涂布基底的水蒸氣透過速率小于40克/(平方米/天)(50％相對濕度，23℃)，更優(yōu)選小于30克/(平方米/天)和最優(yōu)選小于10克/(平方米/天)。
當(dāng)在多層涂布幕中存在防水涂層時，優(yōu)選涂布基底的10分鐘Cobb值小于12克/平方米，較優(yōu)選小于6克/平方米，更優(yōu)選小于1.5克/平方米和最優(yōu)選小于0.5克/平方米。
當(dāng)在多層涂布幕中存在氧氣阻隔層時，優(yōu)選涂布基底的氧氣透過速率小于150立方厘米/(平方米/24小時/巴)(1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，23℃，90％相對濕度)，較優(yōu)選小于100立方厘米/(平方米/24小時/巴)和更優(yōu)選小于50立方厘米/(平方米/24小時/巴)。
在一個實施方案中，步驟b)中連續(xù)的基料基底既不進行預(yù)涂布也不進行預(yù)壓延。在另一實施方案中，步驟b)中連續(xù)的基料基底不進行預(yù)涂布，以及在進一步的實施方案中步驟b)中連續(xù)的基料基底不進行預(yù)壓延。
步驟b)中連續(xù)的基料基底可具有適于制備可接受涂布基底的基料速率。優(yōu)選的速率為至少200米/分，較優(yōu)選至少400米/分，更優(yōu)選至少500米/分和最優(yōu)選至少800米/分。
步驟b)中連續(xù)的基料基底優(yōu)選具有30-400克/平方米的克重或定量重。


圖1為具有滑動噴嘴裝置2的優(yōu)選幕涂設(shè)備1的示例性截面圖，該滑動噴嘴裝置2用以傳送幕式涂層的多層流體3，而形成連續(xù)的多層涂布幕4。當(dāng)達(dá)到動態(tài)平衡狀態(tài)時，流入滑動噴嘴裝置2的涂布幕層流量與流出滑動噴嘴裝置的流量完全平衡。自由下落的多層涂布幕4與連續(xù)移動的基料5接觸，因而基料5上涂覆有不同的多層涂布幕。在涂布區(qū)域之前利用滾筒6改變基料5的運動方向，從而將伴隨快速移動的基料5的空氣流的影響降至最低。
在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的優(yōu)點在于通過在多層涂布幕中結(jié)合專用功能層，能獲得具有專用阻隔性能的涂布阻隔基底。所述技術(shù)能夠在一個涂布步驟中將許多阻隔層涂布在一個基底上。此外，涂布的阻隔層比現(xiàn)有技術(shù)中目前的阻隔層更薄。本發(fā)明的方法也克服了在已干燥的阻隔層上涂布顏料的潤濕性或抗水性的問題，該問題出現(xiàn)在多步驟薄膜擠壓或刮刀涂布方法中。本發(fā)明的涂布基底適用于易彎曲產(chǎn)品和液體包裝，并且也可用于制造產(chǎn)品的一種經(jīng)濟的保護。
具體實施例方式
本發(fā)明由以下實施例舉例說明。除非另外說明，所有的份數(shù)和百分比均按重量計算。
實施例測試方法熱油測試將60℃的熱油(油酸)在室溫下放置在樣品上1小時，目測樣品的玷污狀況。如果有污漬，該結(jié)果是不合格的。隨后，在室溫下將合格樣品放于在60℃的烘箱中24小時，此后擦掉油后目測玷污狀況。如果沒有污漬就是合格的。如果有污漬存在就是不合格的。
濕氣滲透率(MVTR)使用紙漿和紙張工業(yè)技術(shù)協(xié)會(technical association of the pulp andpaper industry)(TAPPI)測試T-448測量水蒸氣阻隔性能。該過程描述了在23℃和50％相對濕度下測試濕氣滲透率的方法。單位是克/平方米/天。
Cobb測試防水性是測量涂層抵抗渾濁的表面水通過的能力。這是Cobb尺寸測試。Cobb方法測試紙張對水分的吸收性，根據(jù)TAPPIT-441中規(guī)定的測試過程進行。
Kit測試根據(jù)TAPPIT-559規(guī)定的測試過程完成3M Kit測試。
氧氣阻隔性根據(jù)ASTMD1434規(guī)定的測試過程完成氧氣阻隔性測試。
抗折疊破裂性測試使用Heildelberg快速折疊器折疊涂布樣品，目測折疊基底來判定涂布基底的抗折疊破裂性。在折疊前，將樣品置于25℃和50％相對濕度(RH)下24小時，然后施加黑色油墨薄膜來增強對比度。在折疊后，目測褶皺并將其確定為1-5個等級。等級1表示褶皺中的薄膜沒有損害。等級2表示有一些損害但薄膜保持完整。等級3表示薄膜損壞，出現(xiàn)了薄膜與基底的一些分層。等級4表示薄膜已經(jīng)損壞但纖維沒有損壞。等級5表示薄膜損壞且纖維也損壞。
布氏粘度使用布氏RVT粘度計(來自Brookfield Engineering Laboratories，Inc.，Stoughton，Massachusetts，USA)測定粘度。為了測定粘度，將600毫升樣品注入1000毫升燒杯中，在25℃和20-100rpm的心軸速度下測定粘度。
涂層重量在每一次紙張涂布實驗中獲得的涂層重量由以下數(shù)據(jù)計算得到，將涂層泵送到幕式涂頭的已知的容積流動速率，在幕式涂頭下紙基料不斷連續(xù)移動的速度，涂布幕的密度和固形物的百分比，以及涂布幕的寬度。
涂層密度通過在比重瓶中稱重100毫升涂層樣品來測定涂布幕涂層密度。紙張光澤度使用Zehntner ZLR-1050測試儀在入射角為75度下測定紙張光澤度。
油墨光澤度在帶有Lorrilleux Red Ink No.8588的Pruefbau測試印刷(testprinting)設(shè)備上進行該測試。將其量為0.8克/平方米(或者分別為1.6克/平方米)的油墨施加在涂布紙張測試帶上，該測試帶安裝在有鋼制印刷盤的長橡膠背墊壓板上。施加油墨的壓力為1000牛頓而速度為1米/秒。在20℃和55％最小房間濕度下，干燥打印帶12小時。隨后在入射角為75度下、在Zehntner ZLR-1050測試儀上測定光澤度。
油墨粘臟(set off)該測試是在Pruefbau測試印刷設(shè)備上進行。將250立方毫米的油墨(Huber No 520068)在分布機上散布1分鐘。通過將其放置在分布機上15秒而在金屬印刷盤上涂油墨。該盤放于第一印刷位置。在第二印刷位置上放置未涂油墨的金屬印刷盤，施加400牛頓的壓力。將安裝在橡膠背墊壓板上的涂布紙帶在1.5米/秒的速度和1000牛頓印刷壓力下印刷。印刷開始記為時間0。在第一印刷位置印刷該帶后，通過移動手柄將帶移向第二印刷位置，或者粘臟位置。在粘臟位置上，在印刷的紙張和金屬盤之間放置空白的紙帶。在15秒、30秒、60秒、120秒時，通過移動手柄在粘臟位置上將空白紙帶相對于印刷樣品擠壓。通過用光學(xué)密度測量儀測出的油墨密度測量從印刷紙張傳輸?shù)娇瞻准垘У姆枪潭ǖ挠湍俊?br> 亮度在Zeiss Elrepho 2000上測定亮度。根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)2469在一堆片材上測定亮度。結(jié)果是R457。
耐干燥污點(dry pick resistance)(IGT)該測試測量紙張表面在無污點的情況下接受油墨傳遞的能力。該測試在A2型適印性測試儀上進行，該測試儀可從IGT Reprotest BV處購得。使用涂有油墨的鋁盤在36牛頓的印刷壓力下，利用擺錘式驅(qū)動系統(tǒng)和從Reprotest BV處購得的高粘度測試油(紅色)印刷涂布紙帶(4毫米×22毫米)。印刷完成后，在立體顯微鏡下標(biāo)記出涂層開始顯示污點的距離。然后將標(biāo)記的距離轉(zhuǎn)化成IGT速率曲線，從相應(yīng)驅(qū)動曲線上讀出以厘米/秒為單位的速率。高速率表示高的耐干燥污點能力。
潤濕污點該測試在裝有濕潤室的Pruefbau測試印刷裝置上進行。500立方毫米的印刷油墨(Hueber1，2，3或者4，取決于紙總的耐濕潤污點性)在分布機上散布2分鐘，每一次印刷后重新用60立方毫米的油墨著墨。通過將其放置在分布機上15秒鐘，對硫化橡膠印刷盤著墨。然后，將10立方毫米的蒸餾水注入潤濕室，并將其散布于整個橡膠輥筒上。將涂布紙帶安裝在橡膠背墊的壓板上，并用600牛頓的印刷壓力印刷，而印刷速度為1米/秒。當(dāng)其通過潤濕室時，用水測試條濕潤涂布紙的中心帶。在從潤濕室中出來后立即在相同測試帶上進行印刷。在安裝于橡膠背墊的壓板的第二涂布紙張測試帶上完成印刷盤的翻印，印刷壓力為400牛頓。測量兩測試帶上的油墨密度并用于下述方案紙張粗糙度用Parker印刷品表面粗糙度測試儀(print roughness tester)測量涂布紙張表面的粗糙度。在1000千帕的夾緊壓力下將涂布紙張的樣品片夾持于軟木-聚酯薄膜壓板和測量頭之間。在400千帕下將壓縮氣體灌入測量儀中，測量在測量頭和涂布紙張表面之間空氣的漏出量。較高的數(shù)值表示涂布紙張表面的粗糙度較高。
耐溶劑性阻隔層的耐溶劑性是指在一段時間內(nèi)抵御溶劑的腐蝕而且具有在外觀、尺寸、機械性能和重量方面最小變化量的能力。測試條件包括暴露的長度、濃度、溫度和內(nèi)應(yīng)力。多層阻隔基底的耐溶劑性可以用ASTM D543測定。耐溶劑性的最終等級取決于其應(yīng)用。
香氣阻隔防止香氣損失的阻隔層是抑制香氣通過阻隔層滲透出去的材料。在控制溫度和驅(qū)動力的條件下，利用香氣通過樣品傳輸?shù)臏y量來測定可滲透性。根據(jù)香氣化合物的特性，可以使用許多分析技術(shù)檢測滲透性。滲透結(jié)果記錄為在路徑長度、時間和壓差上的質(zhì)量單位。
配方下述原料用于涂料液體中碳酸鹽90％的顆粒尺寸小于2μm的碳酸鈣在水中的分散體(HYDROCARB 90 ME可從瑞士Oftringen Omya AG購得)，固形物含量為77％。
粘土98％的顆粒尺寸小于2μm的1號高亮度高嶺粘土在水中的分散體(HYDRGLOSS 90可從美國馬里蘭州Have de Grace的J.MHuber公司購得)，固形物含量為71％。
膠乳(A)羧化苯乙烯-丁二烯膠乳(DL 966，由美國密歇根州，米德蘭Dow化學(xué)公司購得)，水中的固形物含量為50％。
膠乳(B)羧化苯乙烯-丁二烯膠乳(DL 980由美國密歇根州米德蘭Dow化學(xué)公司購得)，水中的固形物含量為50％。
PVOH15％低分子量的合成聚乙烯醇溶液(MOWIOL 6/98由瑞士巴塞爾Clariant AG購得).
表面活性劑二烷基磺基琥珀酸鈉的水溶液(AEROSOL OT由美國新澤西州韋恩的Cyanamed購得)，固形物含量為75％。
PE分散體(A)分散在水中、具有最小成膜溫度為26℃和Tg為4℃的乙烯丙烯酸共聚物陰離子分散體(TECHSEAL E-799/35，由瑞士Ramsen的Trueb Chemie購得)，固形物含量為35％。
PE分散體(B)在水中的乙烯乙烯醇共聚物(EXCEVAL AQ 4005，由比利時Zwijndrecht的EVAL Europe購得，該產(chǎn)品是以干燥粉末運輸，溶液在涂料器中制成)，水中固形物含量為15％。
增白劑熒光增白劑衍生自二氨基-1，2-二苯乙烯二磺酸得到(TINOPAL ABP/Z，由瑞士Basel的CibaSpecialty Chemicals Inc.購得)。
涂布過程根據(jù)下述步驟將各種成分涂布在以500米/分的速度下移動的紙上。使用Troller Schweizer Engineering(TSE Murgenthal瑞士)制造的多層滑動口模式幕涂機。幕涂裝置配備有用細(xì)流水潤滑的邊緣導(dǎo)板和一真空抽吸裝置，該真空抽吸裝置用以去除剛好在涂布紙張邊緣上方邊緣導(dǎo)板底部的邊緣潤滑水。另外，幕涂機裝有真空抽吸裝置用以去除來自涂布幕沖擊區(qū)逆流而上的界面表層空氣。涂布幕的高度為300毫米。涂料配方在使用前進行脫氣處理以去除氣泡。
實施例1上述成分混合的配比含量以及使用的涂層重量如表1所示。
表1

通過加入NaOH溶液(10％)將著色涂布配方的PH值調(diào)節(jié)到表1所示的數(shù)。為了調(diào)整配方中固形物含量，必要時加水。
將著色涂層(縫隙1)與紙張直接相鄰。其配方含有高含量的低Tg膠乳以確保為阻隔紙張?zhí)峁﹥?yōu)良的耐折疊破裂性以及含有水溶性聚合物以形成界面層。下一層(縫隙2)含有乙烯丙烯酸分散體以形成水和水蒸汽阻隔層。下一層(縫隙3)包含著色層，該著色層含有高含量的低Tg膠乳以確保為阻隔紙張?zhí)峁﹥?yōu)良的耐折疊破裂性。下一層(縫隙4)包含水溶性乙烯乙烯醇共聚物以提供優(yōu)良的耐油脂和油類性能。頂層(縫隙5)是顏料層，在其配方中該顏料層含有光學(xué)增白劑以形成優(yōu)良的印刷表面。
實施例2重復(fù)實施例1的方法，不同的是取消中間涂層(表1的縫隙3)，以及將阻隔涂層和印刷頂層的涂層重量調(diào)節(jié)至如表2所示。
表2

實施例3重復(fù)實施例2的方法，不同的是將縫隙1的涂層重量減少為2g/m2并將縫隙2和縫隙3的阻隔層的涂層重量分別增加至5和2.5g/m2。
表3包含了各實施例的Cobb、MVTR、Kit、和HotOil性能。
表3

n.m.＝未測量表3的結(jié)果顯示將能夠從多層涂布幕中獲得改進的水分和油類/油脂阻隔性能的組合。
表4概括了各實施例中涂布紙張的性能。
表4

表4結(jié)果顯示，與目前商業(yè)化的紙張相比，帶阻隔層和頂層印刷層的多層涂布幕提供了可接受的涂布紙張性能。
權(quán)利要求
1.一種涂布基底的生產(chǎn)方法，其包括如下步驟a)制備一種復(fù)合的多層自由流動涂布幕，藉此該多層自由流動涂布幕包括至少兩層、具有至少兩種不同阻隔性能的涂層，該阻隔性能選自油類和/或油脂阻隔性能、水蒸氣阻隔性能、防水性能和氧氣阻隔性能，和b)將所述涂布幕與連續(xù)的基料基底接觸，藉此，如果在多層涂布幕中存在油類和/或油脂阻隔層，所述涂布基底在平整測試中的Kit值至少為5，如果在多層涂布幕中存在水蒸氣阻隔層，所述涂布基底的水蒸氣透過速率小于50克/(平方米/天)(50％相對濕度，23℃)，如果在多層涂布幕中存在防水層，所述涂布基底的10分鐘Cobb值小于20克/平方米，如果在多層涂布幕中存在氧氣阻隔層，所述涂布基底的氧氣透過速率小于200立方厘米/(平方米/d/巴)(1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，23℃，90％相對濕度)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟a)的自由流動涂布幕包括提供適印性的附加頂層。
3.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于如果步驟a)中存在油類和/或油脂阻隔層，在平整測試中所述涂布基底的Kit值至少為8，優(yōu)選在平整測試中至少為11。
4.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于如果步驟a)中存在水蒸氣阻隔層，則所述涂布基底的水蒸氣透過速率小于40克/(平方米/天)(50％相對濕度，23℃)，優(yōu)選小于30克/(平方米/天)(50％相對濕度，23℃)。
5.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于如果步驟a)中存在防水阻隔層，則所述涂布基底的10分鐘Cobb值小于12克/平方米，優(yōu)選小于1.5克/平方米。
6.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于如果步驟a)中存在氧氣阻隔層，則所述涂布基底的氧氣透過速率小于150立方厘米/(平方米/24小時/巴)(1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，23℃，90％相對濕度)，優(yōu)選小于100立方厘米/(平方米/24小時/巴)。
7.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于步驟a)中多層涂布幕包括附加的界面層，其與基底接觸。
8.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于步驟a)中多層涂布幕包括提供耐折疊破裂性的至少一個附加層。
9.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于步驟a)的多層涂布幕中的至少一個涂層具有干燥時小于30克/平方米的涂層重量，優(yōu)選小于20克/平方米，最優(yōu)選小于10克/平方米。
10.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于步驟a)的多層涂布幕具有干燥時小于60克/平方米的涂層重量，優(yōu)選小于30克/平方米。
11.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于步驟a)的多層涂布幕至少包括3個涂層，優(yōu)選至少4層，更優(yōu)選至少5層和最優(yōu)選至少6層。
12.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于步驟a)的多層涂布幕至少包括一個包括至少一種顏料的涂層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于顏料選自粘土、高嶺土、煅燒粘土、滑石、碳酸鈣、層狀微粒、高長寬比粘土、二氧化鈦、緞光白、合成聚合物顏料、氧化鋅、硫酸鋇、石膏、合成麥羥硅石、硅石、氫氧化鋁、云母和硅藻土。
14.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于步驟a)的多層涂布幕中提供阻隔性能的至少一個涂層包括至少一種或多種組分，其選自乙烯丙烯酸共聚物、乙烯乙烯醇共聚物、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、聚酯、聚烯烴、羧化苯乙烯-丁二烯膠乳、羧化苯乙烯丙烯酸酯膠乳、聚偏1，1-二氯乙烯、聚氯乙烯、淀粉、蛋白質(zhì)、苯乙烯-丙烯酸共聚物、苯乙烯順丁烯二酐、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、羧甲基纖維素、硅氧烷、蠟、氯丁二烯橡膠、聚羥基醚、漆、聚乳酸、聚乳酸共聚物、含氟原子的聚合物、諸如羧化苯乙烯丁二烯丙烯腈共聚物的丙烯腈共聚物，和它們的混合物。
15.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于步驟a)的多層自由流動涂布幕中至少一個涂層包括至少一種表面活性劑。
16.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于步驟a)的多層自由流動涂布幕具有至少10重量％的固形物含量，優(yōu)選至少40重量％，最優(yōu)選至少45重量％。
17.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于步驟b)中連續(xù)的基料基底為原紙或者紙板。
18.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于步驟b)中連續(xù)的基料基底既不進行預(yù)涂布也不進行預(yù)壓延。
19.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于步驟b)中連續(xù)的基料基底具有至少200米/分的基料速率，優(yōu)選至少400米/分，最優(yōu)選至少500米/分。
20.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于步驟b)中連續(xù)的基料基底具有30-400克/平方米的克重或定量。
21.一種由上述任一項權(quán)利要求所述的方法獲得的涂布基底。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的涂布基底，其特征在于所述涂布基底是涂布紙張或紙板。
23.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于步驟a)的多層涂布幕包括至少一個附加層，該附加層提供至少一種如下性能片材硬度、片材柔韌性、防粘著性、粘合性能、摩擦控制、熱密封性能、耐磨損性。
24.一種涂布基底的生產(chǎn)方法，其包括如下步驟a)制備一種復(fù)合的多層自由流動涂布幕，藉此該多層自由流動涂布幕包括至少兩層、具有至少兩種不同阻隔性能的涂層，該阻隔性能選自油類和/或油脂阻隔性能、水蒸氣阻隔性能、防水性能、香氣阻隔性能、有機溶劑阻隔性能和氧氣阻隔性能，和b)將所述涂布幕與連續(xù)的基料基底接觸。
25.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中所述涂布幕是使用縫隙式口模形成的。
26.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中所述涂布幕是使用滑動口模形成的。
27.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中所述涂布幕的至少一個涂層包括聚環(huán)氧乙烷。
28.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中所述涂布幕在界面層中包括聚環(huán)氧乙烷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種涂布基底的生產(chǎn)方法，其包括如下步驟a)制備一種復(fù)合的多層自由流動涂布幕，由此該多層自由流動涂布幕包括至少兩層、具有至少兩種不同阻隔性能的涂層，和b)將涂布幕與連續(xù)的基料基底接觸。
文檔編號B05D1/34GK1500563SQ200310115688
公開日2004年6月2日 申請日期2003年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月15日
發(fā)明者R·烏爾舍勒, F·多布勒, R 烏爾舍勒, 祭 申請人:陶氏環(huán)球技術(shù)公司