[发明专利]用于纸板涂层的聚乳酸树脂组合物以及使用这些组合物的纸板涂覆方法

说明书

在线性聚丙交酯树脂与热塑性含环氧基的聚合物的反应中制造聚酯共混物。将该聚酯共混物与具有低于0C的玻璃化转变温度的聚酯共混以形成聚酯共混物，该聚酯共混物特别可用于在熔融挤出过程中制造纸板涂层。

本发明涉及可用于纸板涂层和其他应用的聚丙交酯组合物以及使用这些聚丙交酯组合物的方法。

涂覆的纸板产品广泛用于食品包装和食品服务行业。涂层通常是用于保护下面的纸板防止受潮的聚合物材料。在饮杯中，聚合物涂层形成阻挡层，该阻挡层防止杯中的液体以及在一些情况下在杯外部形成的冷凝物与纸板接触。一旦纸板变成被水饱和的，纸板就具有非常小的强度。

涂覆的纸板是在工业上通过熔融挤出过程生产的。将聚合物熔融并且通过水平取向的定位在基材上方的狭缝模头挤出。挤出物从模头落下，形成“熔体幕”，当拉动基材通过涂覆站时，该熔体幕接触并且涂覆基材表面。然后拉动如此涂覆的纸板通过一组或多组夹辊和/或冷却辊，以促进各层之间的粘附性并且将涂层材料进一步冷却。

狭缝模头间隙大于涂层厚度。因此，当挤出物从模头落到基材上时，必须将熔体幕减薄，典型地至模头间隙的十分之一至八十分之一。这在很大程度上是通过调节“空气间隙”(即，模头与基材之间的垂直距离)和线速度(即，拉动基材通过涂覆站的速度)来实现的。

操作速度受到挤出物拉伸至必要厚度的能力的限制。缺乏足够的熔体强度的树脂展现出过度“颈缩(neck-in)”，其中熔体幕的宽度随着其从模头落到基材上而变得更小。还与熔体强度不足相关的另一个问题是“边缘编织(edge-weave)”，边缘编织是熔体幕尺寸的周期性脉动。这两个问题都会导致所施用的涂层的规格变化以及沿基材边缘的不均匀覆盖。它们还损害涂层对基材的粘附性。所有这些问题都导致显著的产率损失。它们在工业上通过限制生产线速度来避免，这降低了生产率并且增加了成本。

已知线性聚丙交酯树脂在低剪切条件下具有比在本申请中使用的其他聚合物(诸如聚乙烯)更低的熔体强度。这种特征限制了它们在制造涂覆的纸板产品中的用途，其中与高线速度相关的低生产成本至关重要。

聚丙交酯树脂的另一个问题是可以使用的操作温度窗口小。聚丙交酯树脂在大约160℃-175℃的温度下熔融，因此温度必须大于熔体幕与基材接触时的温度，否则粘附性变得非常差。聚烯烃倾向于在熔体幕与周围环境的界面处氧化以形成将涂层粘合到基材上的官能团，与聚烯烃不同，聚丙交酯与基材的粘附性在本质上是机械的，在很大程度上可归因于热软化的材料渗透到基材表面中的能力。当材料粘度较低时，这种渗透是有利的。使用较高的熔融温度有利于这种考虑。

另一方面，熔融温度受到限制，因为聚丙交酯树脂在典型的加工温度下经受快速的热降解。可以通过将熔融温度增加至300℃或更大来降低聚烯烃熔体的粘度，但是这种粘度降低方法对于聚丙交酯树脂是不可能的，因为即使在显著较低的温度下也发生热降解。

当在熔融涂覆操作中加工聚丙交酯树脂时，所有这些因素导致狭窄的温度窗口。因为聚丙交酯树脂随着温度的下降展现出比聚烯烃更陡峭的粘度增加，所以问题变得又更加困难。如果进行过多冷却，即使它在熔体幕中冷却，树脂的粘度也会快速增加。

可以通过将聚丙交酯树脂支化来增加熔体强度。之前已经描述了各种支化方法。它们包括，例如，使丙交酯与环氧化脂肪或油(如美国专利号5,359,206中所描述的)或与双环内酯共聚单体(如WO 2002/100921 A中所描述的)共聚。已将聚丙交酯树脂用过氧化物处理，如美国专利号5,594,095和5,789,435中所描述的，并且多官能引发剂已用于丙交酯聚合方法中，如美国专利号5,210,108和5,225,521、GB 2277324和EP 632 081中所描述的。由于各种原因，所有这些方法都已被证明是不足的。在一些情况下，未充分增加熔体强度。在其他情况下，获得足够的熔体强度，但是树脂粘度增加到无法工作的水平。这些粘度增加对粘附性和线速度具有负面作用。