[发明专利]包含多元醇/糖脂肪酸酯共混物的生物基阻隔涂料

说明书

一种用包含至少两种具有不同HBL值的多元醇和/或糖脂肪酸酯的阻隔涂料处理纤维质材料的方法，所述阻隔涂料在不牺牲其生物降解性的情况下为此类材料提供了增强的耐水、耐油和耐油脂性。所公开的方法提供了阻隔涂料在制品上的粘附，所述制品包括含有纤维质材料的制品和通过这种方法制成的制品。如此处理的材料表现出较高的疏水性和疏脂性，并且可以用于需要这种特征的任意应用中。

发明背景

发明领域

本发明大体上涉及处理含有纤维质(cellulosic)化合物的材料，更具体地涉及使用生物基阻隔涂料和/或含有多元醇和/或糖脂肪酸酯共混物使纤维素基材料更疏水且疏脂，其中这种阻隔涂料或组合物和方法可用于对纤维素基材料的表面进行改性，所述纤维素基材料包括纸、纸板和包装产品。

背景信息

纤维质材料作为填充剂、吸收剂和印刷组分在工业上具有广泛的应用。由于它们的高热稳定性、良好的氧气阻隔功能和化学/机械耐性，因此使用它们比使用其他来源的材料更优选(参见，例如Aulin等人，Cellulose(2010)17:559-574；通过引用整体纳入本文)。这些材料一旦散布在环境中就可以完全生物降解，而且完全无毒，这也非常重要。纤维素及其衍生物是在如食品和一次性物品的包装之类的应用中环境友好的解决方案的选择材料。

然而，纤维素的许多优点被该材料的亲水性/亲脂性所抵消，所述材料显示出对水/脂肪的高亲和力并且易于水合(参见，例如，Aulin等人，Langmuir(2009)25(13):7675-7685；通过引用整体纳入本文)。虽然这对于如吸收剂和织物的应用是有益的，但是当需要含水/脂类材料(例如食品)的安全包装时，这成为一个问题。例如，在纤维素托盘中长期储存食物，尤其是含有大量水和/或脂肪的即食食品，会造成问题，因为它们首先会变得潮湿，然后最终失效。此外，由于材料的高相对孔隙率，可能需要多层涂层以抵消在纤维质表面上保持足够涂层的低效率，从而导致成本增加。

该问题通常在工业中通过用某种疏水性有机材料/碳氟化合物、硅酮涂覆纤维素纤维来解决，其可以将下面的亲水性纤维素与内含物中的水/脂质物理屏蔽开，包括防止纤维间隙中的芯吸、油脂进入折痕或允许释放附着的物质。例如，通常将如PVC/PEI/PE之类的材料用于此目的，并将其物理附着(即喷涂或挤出)在待处理的表面上。

由于碳氟化合物降低制品的表面能的能力，工业上多年来已经使用基于碳氟化学的化合物生产具有改进的耐油和油脂渗透性的制品。使用全氟化碳氢化合物的一个新出现的问题是它们在环境中具有显著的持久性。EPA和FDA最近已开始审查这些化合物的来源、在环境中的留存情况(environmental fate)和毒性。最近的一项研究报告说，从学龄儿童身上采集的血液样本中发现全氟辛烷磺酸盐的概率非常高(90％)。这些化合物的费用和潜在的环境责任驱使制造商寻求生产具有耐油和油脂渗透性的制品的替代方法。

尽管降低表面能改善了制品的耐渗透性，但是降低表面能也具有一些缺点。例如，用碳氟化合物处理的织物将表现出良好的耐污性，然而，一旦被弄脏，清洁组合物渗透并因此从织物上释放污垢的能力可能会受到影响，这会导致永久性弄脏织物，使其使用寿命缩短。另一个实例是防油纸，其随后将被印刷和/或涂覆粘合剂。在那种情况下，通过用碳氟化合物处理可以获得所需的耐油脂性，但是纸的低表面能可能引起与印刷油墨或粘合剂接受性有关的问题，包括粘着、色斑(back trap mottle)、差的粘合性和套准性(register)。如果要将防油纸用作已施加粘合剂的离型纸，则低表面能会降低粘合强度。为了改善它们的可印刷性、可涂覆性或粘附性，可以通过后成形方法如电晕放电、化学处理、火焰处理等来处理低表面能制品。然而，这些方法增加了生产制品的成本，并且可能具有其他缺点。

期望设计一种疏水、疏油且可堆肥的“绿色”生物基涂料，包括原纸/膜，其将允许在所述纸的表面上保留涂层并防止芯吸进入纤维间隙，或以降低的成本减少材料在纤维质表面上的粘附，而不会牺牲可生物降解性和/或可回收性。