涂覆組合物、涂覆基底的方法、經(jīng)涂覆的基底、包裝材料和液體包裝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種能夠簾幕涂覆的氣體阻隔性涂覆組合物，所述涂覆組合物包含聚乙烯醇和表面活性劑，其中，所述表面活性劑是水溶性非離子型乙氧基化醇。本發(fā)明還涉及一種通過利用所述涂覆組合物提供具有氣體阻隔層的基底的方法和一種用所述涂覆組合物涂覆所述基底而獲得的具有至少一個氣體阻隔層(2)的經(jīng)涂覆的基底(1)。此外，本發(fā)明還涉及一種包含涂覆有所述涂覆組合物的經(jīng)涂覆的紙板的包裝材料，和包含這種包裝材料的液體包裝。
【專利說明】涂覆組合物、涂覆基底的方法、經(jīng)涂覆的基底、包裝材料和
液體包裝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種包含聚乙烯醇和表面活性劑的涂覆組合物。特別而言，本發(fā)明涉及一種適用于簾幕涂覆的氣體阻隔性涂覆組合物。本發(fā)明還涉及利用所述涂覆組合物提供具有氣體阻隔層的基底的方法、經(jīng)涂覆的基底、包含經(jīng)涂覆的紙板的包裝材料和包含這種包裝材料的液體包裝。
【背景技術(shù)】
[0002]簾幕涂覆是將液體涂覆組合物的線流沉積在移動基底(例如紙網(wǎng)(paper web))的表面上的涂覆方法。所述涂覆組合物形成自由下落的液體片層，直到其碰撞在待涂覆的移動基底的表面上。
[0003]簾幕涂覆是非常適合于用液體阻隔層來涂覆紙網(wǎng)的技術(shù)，因為阻隔性物質(zhì)必須形成覆蓋整個表面(或盡可能接近整個表面)的膜。然而，簾幕涂覆法易受到某些缺陷的影響，例如不規(guī)則踵狀物的形成、空氣挾帶和簾幕不穩(wěn)定性，這些缺陷可能使經(jīng)涂覆的表面展現(xiàn)出或大或小的無涂層區(qū)域。為了在涂層覆蓋物中發(fā)現(xiàn)這些缺陷(這些缺陷因例如液體涂層中的氣泡而可以非常小)，可以通過在經(jīng)涂覆的表面上施加有色測試液來進行測試。任何缺陷都將呈現(xiàn)為有色區(qū)域或所謂的“針孔”。對于一些應(yīng)用，特別重要的是，涂層不能包含任何缺陷或只能包含極少 的缺陷，例如，在食品工業(yè)中或?qū)τ谝后w包裝(即，包含液體的包裝)而言。
[0004]之前已知，聚乙烯醇是阻隔脂肪、溶劑和氣體的良好屏障。已知，在例如基于紙板基底的包裝材料中，沉積在基底上的包含聚乙烯醇的涂層適合作為阻隔脂肪、氧氣、氣味、
香氣等的屏障。
[0005]在簾幕涂覆中，要求適合的動態(tài)表面張力(由下落的簾幕中的Mach角測量獲得)來使自由下落的涂覆液簾幕形成穩(wěn)定的簾幕且不具有孔形式的缺陷。通常，對于牛頓流體，涂覆液的動態(tài)表面張力應(yīng)當小于40mNm，以滿足不形成孔的下落幕簾的標準。然而，聚乙烯醇卻具有明顯更高的表面張力，在流速低時會形成不穩(wěn)定的簾幕。
[0006]為了降低聚乙烯醇的表面張力，已提出向聚乙烯醇中添加表面活性物質(zhì)(即，表面活性劑)，例如，如EP2182113所述，使用Air Products的EnviroGem AEO3類型的表面活性劑。然而，已發(fā)現(xiàn)即使在使用表面活性劑時改進了簾幕的穩(wěn)定性，涂層的阻隔效果也會變差，差到使其不能用于制造液體包裝的程度。作為其他實例，已提出了向聚乙烯醇中添加相對大量的乙醇或類似的醇，但是這對于造紙工業(yè)中的涂覆問題并不是令人滿意的解決方案，因為這要求對所產(chǎn)生的揮發(fā)性有機化合物(VOC)進行操作和回收。
[0007]總之，為了使用簾幕涂覆獲得基底上的阻隔層，例如纖維基底(例如紙板)上的聚乙烯醇阻隔層，有必要使用降低動態(tài)表面張力的添加物以獲得穩(wěn)定的過程，但這些添加物同時會對膜的形成產(chǎn)生負面效果，因此阻隔層會具有缺陷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 本發(fā)明的一個目的是提供一種適用于簾幕涂覆的、特別是適用于上文提到的應(yīng)用領(lǐng)域的改進的涂覆組合物。
[0009]另一目的是獲得一種會產(chǎn)生適用于食品工業(yè)的最終產(chǎn)品的涂層，所述涂層不含任何毒性或不健康物質(zhì)，且能夠安全使用。此外，當用于包裝材料中時，所述涂層在用于食品或液體包裝中時必須不能含有任何能夠遷移至食品中的物質(zhì)或發(fā)散出任何氣味或香氣的物質(zhì)。
[0010]本發(fā)明實現(xiàn)了這些目的。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，定義了一種能夠簾幕涂覆的氣體阻隔性涂覆組合物，所述組合物包含聚乙烯醇和表面活性劑，其中，所述表面活性劑是水溶性非離子型乙氧基化醇。所述涂覆組合物使得可以獲得穩(wěn)定的簾幕，且在所涂覆的基底(例如纖維基底，例如紙板)的涂層中針孔數(shù)量少。所述涂層提供了對油脂、脂肪、油等以及氣體(例如氧氣、香氣和氣味)的良好的阻隔品質(zhì)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，表面活性劑可以是飽和的異C13醇。根據(jù)該實施方式的另一特征，表面活性劑具有式RO(CH2CH2O)xH，其中R =異C13H27，且x為8以上。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，表面活性劑可以是基于ClO-吉布特醇(Guerbetalcohol)的聚乙二醇烷基醚，且乙氧基化度為7以上。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的又一實施方式，表面活性劑可以是飽和的短鏈脂肪醇。根據(jù)該實施方式的另一特征，表面活性劑具有式RO (CH2CH2O)xH，其中R =飽和的短鏈醇，且x為5以上。
[0015]所述涂覆組合物可以包含非離子型乙氧基化醇表面活性劑，相對于完全干燥的涂覆組合物的總重量,所述表面活性劑的濃度可以是0.05重量％~2.0重量％、優(yōu)選0.1重
量％~1.0重量％、更優(yōu)選0.2重量％~0.5重量％。
[0016]所述組合物的固相含量可以是4%~20%、優(yōu)選7%~15%或6%~12%、或甚至8%~10%。余量為水。
[0017]此外，所述涂覆組合物可以包含扁平顆粒，例如，其可以包含納米顆粒形式的蒙脫石粘土。這具有改進氣體阻隔功能的優(yōu)點。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，定義了一種以至少一個涂覆步驟提供具有氣體阻隔層的基底的方法，所述方法包括:在至少一個涂覆步驟中，通過用定義涂覆組合物的任一個權(quán)利要求中所限定的涂覆組合物對基底進行簾幕涂覆，而施涂所述涂覆組合物。額外的涂覆步驟自然也可以預(yù)見到，并且在各涂覆步驟之間通常存在干燥步驟。額外的涂覆步驟的實例是顏料涂覆步驟，該步驟非常適合在涂覆氣體阻隔性涂覆組合物之前進行。
[0019]此外，至少一個涂層的涂覆重量可以是0.4g/m2以上且小于7.0g/m2。阻隔層的涂覆重量可以是0.8g/m2以上且小于7.0g/m2,優(yōu)選為1.2g/m2~4.0g/m2,更優(yōu)選為1.6g/m2~
3.2g/m2。
[0020]根據(jù)一個特征，基底可以是纖維基底或紙或紙板。然而，可以想到在其他基底上實施本發(fā)明而不脫離本發(fā)明的范圍。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，定義了一種具有至少一個氣體阻隔層的經(jīng)涂覆的基底，其通過用定義涂覆組合物的任一個權(quán)利要求所限定的涂覆組合物涂覆基底而獲得。
[0022]所述氣體阻隔層可以是特別針對氧氣的阻隔層，也可以是針對包括氣味和/或香氣的氣體的阻隔層。
[0023]此外，所述經(jīng)涂覆的基底可以具有的氣體阻隔層的涂覆重量可以是0.8g/m2以上且小于 7.0g/m2，優(yōu)選為 1.2g/m2 ~4.0g/m2，更優(yōu)選為 1.6g/m2 ~3.2g/m2。
[0024]在一個實施方式中，所述經(jīng)涂覆的基底可以是紙板，所述紙板包含至少一個涂覆有所述涂覆組合物的纖維類層。作為另一選擇，所述基底可以是需要所關(guān)注類型的阻隔的紙或任何其他基底。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，定義了一種包含上文定義的經(jīng)涂覆的紙板的包裝材料，所述包裝材料在所述經(jīng)涂覆的紙板的每一面上還包含低密度聚乙烯層，且OTR值小于10ml/m2.24h.latm。OTR表不氧氣透過率,其測量儀器是Mocon Ox Tran2/21。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的第五方面，定義了一種由上文定義的包裝材料制成的液體包裝。
[0027]如上文提到的，通常，對于牛頓流體，涂覆液的動態(tài)表面張力應(yīng)當小于40mNm，以滿足不形成孔的下落幕簾的標準。然而，根據(jù)本發(fā)明，已有利地發(fā)現(xiàn)，作為非牛頓流體的聚乙烯醇因其彈性而不必需要和牛頓流體一樣低的表面張力。由此需要獲得流速和表面張力以及非牛頓流體特性之間的良好關(guān)系。簾幕穩(wěn)定性的一些常見概念是在液體簾幕不斷裂的情況下所能達到的最低流速和使簾幕自己愈合成完全無缺陷的液體簾幕的最低流速。根據(jù)本發(fā)明，已令人驚奇的發(fā)現(xiàn)，即使在極低的流速下，例如低于4.0升/分鐘*米，聚乙烯醇的表面張力的動態(tài)表面張力值也可以達到最多50mNm且仍無缺陷地運行。
[0028]其他特征和優(yōu) 點將從以下對本發(fā)明的詳細說明和測試例中變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]現(xiàn)將參照說明本發(fā)明的不同方面和實施方式的僅以實例給出的測試例和所附示意圖來更詳細地描述本發(fā)明，在附圖中:
[0030]圖1a~Id示意性地示出了本發(fā)明的經(jīng)涂覆的基底的實例，和
[0031]圖2a~2d示意性地示出了本發(fā)明的包裝材料的實例。
【具體實施方式】
[0032]在尋找適合的表面活性劑和適合的方法的過程中，測試了據(jù)聲稱適合于簾幕涂覆的許多不同的市售表面活性劑。但是，發(fā)現(xiàn)它們都不適合，因為他們要么不能提供穩(wěn)定的簾幕，要么提供足夠好的阻隔層。
[0033]在進行了許多測試之后，令人驚奇地發(fā)現(xiàn)了一組表面活性劑，它們能夠提供所需的穩(wěn)定簾幕效果和具有可接受量的針孔的高品質(zhì)阻隔層。該組表面活性劑是非離子型乙氧基化醇，例如由BASF銷售的商品Lutensol ON和Lutensol TO。具體而言，發(fā)現(xiàn)Lutensol0N50、Lutensol 0N70和Lutensol T08能提供所要求的結(jié)果。
[0034]根據(jù)BASF提供的產(chǎn)品信息，Lutensol ON類型是非離子型表面活性劑。它們是從飽和的合成短鏈脂肪醇制成的聚乙二醇烷基醚。它們符合下式:
[0035]RO (CH2CH2O)xH,其中
[0036]R=飽和的合成短鏈脂肪醇
[0037]X = 3、5、6、7、8 或 11
[0038]該產(chǎn)品名中的數(shù)字代碼通常表示乙氧基化度。Lutensol ON類型是通過使脂肪醇與環(huán)氧乙烷以化學(xué)計量比反應(yīng)而制得的。將乙氧基化溫度保持得盡可能低。這與原料的高純度組合時確保獲得了高性能低毒性產(chǎn)品。根據(jù)獲自BASF的其他信息，R可以是異CIO。
[0039]根據(jù)BASF提供的產(chǎn)品信息，Lutensol TO類型是非離子型表面活性劑。它們從飽和的異C13醇制得。它們符合以下結(jié)構(gòu)式:R0(CH2CH20)XH，其中
[0040]R =異 C13H27
[0041]X = 3、5、6、6.5、7、8、10、12、15 或 20
[0042]該產(chǎn)品名中的數(shù)字代碼表示乙氧基化度。Lutensol TO類型是通過使異C13羰基合成醇(OXO alcohol)與環(huán)氧乙烷以化學(xué)計量比反應(yīng)而制得的。將乙氧基化溫度保持得盡可能低。這與原料的高純度組合時確保獲得了高性能低毒性產(chǎn)品。
[0043]對于L utensol 0N50, x (乙氧基化度)為5 ;對于Lutensol 0N70, x為7。還測試了分子量較低的Lutensol ON-Lutensol 0N30 (x = 3),但未產(chǎn)生所需的效果。
[0044]對于Lutensol T08, x 為 8。Lutensol T08 的分子量約為 600g/mol。對于該組，還測試了分子量較低的Lutensol TO-Lutensol T06 (x = 6),但未產(chǎn)生所需的效果。
[0045]具有所需效果的非離子型乙氧基化醇是水溶性的且提供了相對慢的潤濕。另一方面，Lutensol 0N30和T06不是水溶性的。Lutensol ON在乙氧基化度為5以上時為水溶性的，而Lutensol TO在乙氧基化度為8以上時為水溶性的。
[0046]另一種這樣的水溶性非離子型乙氧基化醇是Lutensol XP。根據(jù)BASF提供的產(chǎn)品信息，Lutensol XP類型是支化的非離子型表面活性劑。它們是基于ClO-Guerbet醇和環(huán)氧乙烷的聚乙二醇烷基醚。Lutensol XP類型是通過使ClO醇與環(huán)氧乙烷以化學(xué)計量比反應(yīng)而制得的。產(chǎn)品名中的數(shù)字部分表示乙氧基化的一般程度。該產(chǎn)品在乙氧基化度為7以上時是水溶性的。
[0047]在使用以下包含聚乙烯醇的液體涂覆組合物進行測試時獲得了令人滿意的良好結(jié)果:所述液體涂覆組合物的溶液根據(jù)具體產(chǎn)品的說明書配制，并按照以下濃度向該溶液中添加所關(guān)注的表面活性劑:
[0048]表面活性劑濃度(按原樣添加的表面活性劑占完全干燥的組合物的總重量的重量百分比):0.05%~2%、優(yōu)選0.1%~1.0%或甚至0.2%~5.0% ;組分的固相含量:4%~20%、優(yōu)選7%~15%或甚至8%~10%。
[0049]通過以簾幕涂覆法將液體涂覆組合物沉積在移動的纖維類網(wǎng)上來進行測試。所述網(wǎng)是紙板。
[0050]測試結(jié)果列于表1中。該表中的結(jié)果是對以簾幕涂覆法涂覆的紙板進行測量而得到的，該紙板具有兩層本發(fā)明的涂覆組合物，每層的涂覆重量與另一層相同或不同，總涂覆重量為2.0g/m2~3.0g/m2。在該表中，還示出了用僅包含聚乙烯醇(PvOH)的涂覆組合物和包含聚乙烯醇及市售表面活性劑Aerosol 0T75(Cytec, USA，其包含“磺基琥珀酸二辛酯鈉”)的比較用測試，但未產(chǎn)生令人滿意的氣體阻隔層。
[0051]
【權(quán)利要求】
1.一種能夠簾幕涂覆的氣體阻隔性涂覆組合物，所述涂覆組合物包含聚乙烯醇和表面活性劑，其中，所述表面活性劑是水溶性非離子型乙氧基化醇。
2.如權(quán)利要求1所述的涂覆組合物，其特征在于，所述表面活性劑是飽和的異C13醇。
3.如權(quán)利要求2所述的涂覆組合物，其特征在于，所述表面活性劑具有式RO(CH2CH2O)XH，其中R=異C13H27，且X為8以上。
4.如權(quán)利要求1所述的涂覆組合物，其特征在于，所述表面活性劑是基于ClO-吉布特醇的聚乙二醇烷基醚，且乙氧基化度為7以上。
5.如權(quán)利要求1所述的涂覆組合物，其特征在于，所述表面活性劑是飽和的短鏈脂肪醇。
6.如權(quán)利要求5所述的涂覆組合物，其特征在于，所述表面活性劑具有式RO(CH2CH2O)XH，其中R =飽和的短鏈醇，且X為5以上。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的涂覆組合物，其特征在于，所述涂覆組合物包含非離子型乙氧基化醇表面活性劑，相對于完全干燥的涂覆組合物的總重量，所述表面活性劑的濃度是0.05重量％~2.0重量％、優(yōu)選0.1重量％~1.0重量％、更優(yōu)選0.2重量％~0.5重量％。
8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的涂覆組合物，其特征在于，所述涂覆組合物包含的組分的固相含量為4%~20%、優(yōu)選為6%~12%、更優(yōu)選為8%~10%。
9.如前述權(quán)利要求中任一項所述的涂覆組合物，其特征在于，所述涂覆組合物包含扁平顆粒。
10.如權(quán)利要求9所述的涂覆組合物，其特征在于，所述涂覆組合物包含納米顆粒形式的蒙脫石粘土。
11.一種以至少一個涂覆步驟提供施涂有氣體阻隔層的基底的方法，所述方法包括:在至少一個涂覆步驟中，通過用權(quán)利要求1~9中任一項所述的涂覆組合物對所述基底進行簾幕涂覆，而施涂所述涂覆組合物。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，至少一個涂層的涂覆重量是0.4g/m2以上且小于7.0g/m2。
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其中，所述氣體阻隔層的涂覆重量是0.8g/m2以上且小于7.0g/m2。
14.如權(quán)利要求11~13中任一項所述的方法，其中，所述基底是纖維基底或紙或紙板。
15.一種經(jīng)涂覆的基底，所述經(jīng)涂覆的基底具有至少一個氣體阻隔層(2)，所述經(jīng)涂覆的基底通過用權(quán)利要求1~10中任一項所述的涂覆組合物涂覆基底(I)而獲得。
16.如權(quán)利要求15所述的經(jīng)涂覆的基底，其中，所述氣體阻隔層(2)的涂覆重量是0.8g/m2以上且小于7.0g/m2。
17.如權(quán)利要求15~16中任一項所述的經(jīng)涂覆的基底，其中，所述基底(I)是紙板，所述紙板包含至少一個涂覆有所述涂覆組合物的纖維類層。
18.—種包裝材料，所述包裝材料包含權(quán)利要求17所述的經(jīng)涂覆的紙板，所述包裝材料在所述經(jīng)涂覆的紙板的每一面上還包含低密度聚乙烯層(4)，且所述包裝材料的OTR值小于 10ml/m2.24h.Iatm0
19.一種由權(quán)利要求18所述的包裝材料制成的液體包裝。
【文檔編號】B65B25/00GK103958626SQ201280051977
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月31日
【發(fā)明者】J·拉爾森, A·卡爾森 申請人:比勒魯?shù)峡怂鼓撬顾箍聘窆I(yè)有限公司