經(jīng)含氯氟聚合物涂布的基材及其制備方法
【專利說明】經(jīng)含氯氟聚合物涂布的基材及其制備方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
本公開要求2012年9月24日提交的美國臨時專利申請序列第61/704，956號的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，其內(nèi)容通過引用以其全文并入本文。
技術(shù)領域
[0002]本公開涉及用于基材涂層施用中的水性含氯氟聚合物分散體。具體地，本公開涉及施用于纖維素纖維基材的水性含氯氟聚合物分散體。
【背景技術(shù)】
[0003]紙基產(chǎn)品作為包裝材料來包裝例如食品、酒精飲料、香水和化妝品、醫(yī)用和煙草產(chǎn)品等等的用途因它們的可生物降解性和可持續(xù)性正在增長。然而，紙產(chǎn)品缺乏耐化學性、耐溶劑性、耐油性和耐沾污性、濕氣和香氣阻隔性以及熱密封性性能。盡管含有PVC的層壓紙產(chǎn)品賦予紙阻隔性和熱密封性性能，但是它們不具備耐化學性、耐溶劑性、耐油性和耐沾污性。
[0004]因此，會希望提供用于涂布紙基產(chǎn)品的改善的涂層和方法，除了阻隔性和熱密封性性能之外，其還賦予紙基產(chǎn)品耐化學性、耐溶劑性、耐油性和耐沾污性，同時保持其可生物降解性。此外，本發(fā)明主題的其它期望的特征和特性將通過隨后的本發(fā)明主題的詳細說明和所附的權(quán)利要求，結(jié)合本發(fā)明主題的此背景而變得明顯。
[0005]發(fā)明概述
在一個示例性實施方案中，公開了經(jīng)涂布的基材，其包括含有纖維素纖維材料的基材和以薄膜形式涂布在所述基材的至少一個表面上的共聚物。所述共聚物具有至少兩種下式的共聚單體單元=CX2CYA,其中C為碳并且其中各個X獨立地選自H、C1和F ; Y選自H、C1、F、O(CZ2)nCZ3' (CZ2)nCZ3' (OCZ2CZ2)nCZ3和(0(CZ2)n)nCZ3，其中各個 η 獨立地為約 I 至約 12并且各個Z獨立地選自H、C1和F ;并且A選自H、C1和F ;條件是對于至少一種共聚單體單元，A、Y以及X或任何Z中的至少一個是Cl。
[0006]在另一個示例性實施方案中，公開了涂布基材的方法，其包括使含有纖維素纖維材料的基材的至少一個表面與共聚物的水性分散體接觸的步驟。所述共聚物包含至少兩種具有下式的共聚單體單元=CX2CYA,其中各個X獨立地選自H、Cl和F ; Y選自H、Cl、F、O(CZ2)nCZ3' (CZ2)nCZ3' (OCZ2CZ2)nCZ3和(O(CZ2) JnCZ3，其中各個 η 獨立地為約 I 至約 12 且各個Z獨立地選自H、Cl和F ;并且A選自H、Cl和F ;條件是對于至少一種共聚單體單元，Α、Y以及X或任何Z中的至少一個是Cl。
[0007]提供本概述用于以簡化的方式介紹在下面的詳細說明中進一步描述的一系列構(gòu)思。本概述并不旨在鑒別所要求保護的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于幫助確定所要求保護的主題的范圍。
[0008]詳細說明本公開的實施方案大致涉及將含氯氟烯烴/含氟烯烴共聚物施用至纖維素纖維基材。在一個實施方案中，纖維素纖維基材可以包括將在下文被簡稱為“紙”或“紙產(chǎn)品”的物質(zhì)。如本文所用，術(shù)語“紙”和“紙產(chǎn)品”旨在廣義地且包容性地表示產(chǎn)生自纖維素纖維紙漿并以纖維素纖維的干燥片材(dried sheet)、紙或卡板形式提供的基材種類。通過非限制性實例的方式，在下文簡要地敘述了用于制造如本文所用的“紙”或“紙產(chǎn)品”的示例性的方法。除了產(chǎn)生自木材產(chǎn)品的紙漿纖維之外，可以將根據(jù)本公開的涂層施用于木材產(chǎn)品本身(即，還未被加工成紙漿的硬木產(chǎn)品)。因此，盡管本文所公開的一些示例性實施方案涉及紙和紙基產(chǎn)品，但是將理解木材產(chǎn)品也充當用于本文描述的施用涂層的合適的基材。
[0009]通常相對于產(chǎn)生自木漿的纖維素纖維來描述纖維素紙漿。然而，本文描述的實施方案可以結(jié)合產(chǎn)生自任何來源的任何纖維素纖維使用。示例性的纖維素纖維包括但不限于產(chǎn)生自木材的那些(如木質(zhì)紙漿)以及來自棉花、來自秸桿和禾草(如水稻和細莖針茅(esparto))、來自甘蔗和蘆葦(例如蔗渣)、來自竹子、來自具有韌皮纖維的莖(如黃麻、亞麻、洋麻、大麻、亞麻線(linen)和芒麻)和來自葉纖維(如蕉麻和劍麻)的非木質(zhì)纖維。也可以使用一種或多種纖維素纖維的混合物。
[0010]適用于所描述的實施方案的木質(zhì)纖維可以產(chǎn)生自軟木漿源或硬木漿源或它們的混合物。示例性的軟木漿源包括樹木，如各種松樹(濕地松、火炬松、白松、加勒比松)、西部鐵杉(Western hemlock)、各種云杉(例如,西岸云杉(Sitka Spruce))、花旗松(Douglasfir)和/或它們的混合物。示例性的硬木衆(zhòng)源包括樹木，如楓香(sweet gum)、黑橡膠樹(black gum)、楓樹、橡樹、桉樹、楊樹、山毛櫸和楊木(aspen)或它們的混合物。
[0011]如本文所用的，術(shù)語“紙漿”僅僅是指大量的或附聚的纖維素纖維。紙漿可以以干燥的形式或作為漿料提供。如本文所用，術(shù)語“纖維”或“纖維的”意在表示特定的材料，其中這樣的特定的材料的長徑比大于約10。在一些實施方案中，所述纖維素纖維的特征在于約0.1至6 mm之間的平均長度(例如，WAFL長度)。在其它實施方案中，平均纖維長度在約0.8和4 mm之間。
[0012]使用如本領域已知的基本制漿工藝來制備纖維素紙漿。示例性的木材制漿操作通常需要將紙漿分離成單獨的纖維并從紙漿中去除雜質(zhì)的一系列步驟(如蒸煮、除節(jié)等)。示例性的木材制衆(zhòng)操作是本領域已知的硫酸鹽法制衆(zhòng)工藝(Kraft pulping process)。然而，也可以使用化學制漿操作(例如但不限于亞硫酸鹽法制漿操作)，和有機溶劑法制漿操作。
[0013]如上所述，紙基產(chǎn)品作為包裝材料來包裝例如食品、酒精飲料、香水和化妝品、醫(yī)用和煙草產(chǎn)品等等的用途因它們的可生物降解性和可持續(xù)性正在增長。然而，紙產(chǎn)品缺乏耐化學性、耐溶劑性和耐油性、濕氣和香氣阻隔性以及熱密封性性能。盡管含有PVC的層壓紙產(chǎn)品賦予紙阻隔性和熱密封性性能，但是它們不具備耐化學性和耐溶劑性。
[0014]為了克服上文提及的在使用紙基產(chǎn)品中的困難，本申請的發(fā)明人已經(jīng)出人意料地發(fā)現(xiàn)當將含氯氟烯烴/含氟烯烴共聚物施用于紙基產(chǎn)品時，除了先前已知的關(guān)于PVC涂層的隔濕性和熱密封性性能之外，所述共聚物還賦予了所需的耐化學性以及耐溶劑性和耐油性。
[0015]如本文所用的，發(fā)現(xiàn)含氯氟烯烴/含氟烯烴共聚物具有許多固有的優(yōu)點。含氯氟烯烴/含氟烯烴共聚物是耐磨損的，并且當形成膜時具有>90%的太陽光透射率。相比于PTFE、聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)和聚四氟乙烯-六氟丙烯-偏二氟乙烯(THV,由Dyneon制造)三元共聚物，含氯氟烯烴/含氟烯烴共聚物具有許多制造優(yōu)勢。含氯氟烯烴/含氟烯烴共聚物可以在溫和的環(huán)境溫度下進行加工，并且可以容易地由水性含氯氟烯烴/含氟烯烴共聚物分散體的連續(xù)涂層再涂布。因為含氯氟烯烴/含氟烯烴共聚物具有相對高的表面張力，所以可以用非常低水平的潤濕劑(0.1-2重量％，通常取決于所述潤濕劑添加劑是否為氟代、全氟代或非氟代的添加劑或它們的任何混合物)來完成采用這些共聚物的連續(xù)道次(pass)的再涂布。含氯氟烯烴/含氟烯烴共聚物是優(yōu)異的成膜劑，其有利于產(chǎn)生用于層壓到織物上的分散體鑄膜，或者通過低水平的潤濕劑將織物直接涂布/再涂布至所需的厚度。此外，含氯氟烯烴/含氟烯烴涂層耐溶劑、耐酸、耐油、耐污潰、耐磨損和耐UV并且耐許多其它環(huán)境影響。
[0016]由 McCarthy 等人，Proceedings of the Twenty-Fifth Internat1nalWater-Borne，High Solids & Powder Coatings Symposium 541 2 月 18-20, (1998)和 Bringer, Encyclopedia of Polymer Science and Technology (第 I 版，第 7 卷，Interscience Publishers, New York, 1967)第 204 頁、由國際申請公開第 WO 97/11979 號和第WO 97/17381號以