DE602004004951T2

DE602004004951T2 - Verwendung einer Polymerbeschichtung zur Verbesserung der Sperreigenschaften von zellstoffhaltigen Substraten

Info

Publication number: DE602004004951T2
Application number: DE200460004951
Authority: DE
Inventors: John Joseph Allentown Rabasco; Ronald Bernal Allentown Jones; Christian Leonard Macungie Daniels; Richard Henry Macungie Bott; John Joseph Breinigsville Halat
Original assignee: Wacker Polymers LP
Current assignee: Wacker Chemical Corp
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2024-07-14
Also published as: CN1293262C; TWI261541B; CA2473356A1; CA2473356C; ATE355411T1; ES2278247T3; US7427444B2; JP2005097547A; KR100657370B1; DE602004004951D1; CN1576461A; US20050014013A1; JP5032412B2; EP1498544A1; KR20050009205A; TW200503891A; EP1498544B1; SI1498544T1; MY140172A; JP2009041014A

Description

Hintergrund der Erfindung
Es ist im Stand der Technik gut bekannt, dass zellstoffhaltige Produkte, wie unbehandeltes Papier, für Wasser und andere wässerige und nicht wässerige Flüssigkeiten durchlässig sind. Somit wurde es allgemeine Praxis, Papier und andere zellstoffhaltige Produkte mit verschiedenen Beschichtungen, wie Wachsen, Polymeren, Fluorkohlenstoffen und dergleichen zu beschichten oder zu behandeln, um Sperreigenschaften und Beständigkeit gegenüber verschiedenartigen Flüssigkeiten, wie Wasser, Öl, Fett, Lösungsmittel etc., zu verleihen. Derartige beschichtete oder behandelte Papier-, Karton- und Graupappesubstrate werden für Nahrungsmittelverpackungen und Nahrungsmitteleinpackungen, Nahrungsmittelbehälter und verschiedene andere Papiersubstrate, die mit Nahrungsmitteln in Kontakt stehen, verwendet. Jüngste Zellulosesubstratqualitätsentwicklungen zur Verpackung oder Aufnahme von Nahrungsmitteln mit hohem Fett-/Ölgehalt, wie Fast Food, und Mikrowelleneinsatz, erfordern die Beschichtung des zellstoffhaltigen Substrats, um zu verhindern, dass Flüssigkeiten, wie heiße Öle und/oder Fette durch das Zellstoffsubstrat hindurchtreten und das Äußere der Verpackung verfärben. Weiterhin müssen derartige Beschichtungen ebenfalls derartige Fluidpenetration durch die zellstoffhaltigen Substrate für die Dauer der Haltbarkeit der verpackten Nahrungsmittel verhindern, die in Warenhäusern und/oder Verschiffungsbehältern erhöhten Temperaturen ausgesetzt sein können.
Wasserabstoßende Papierprodukte, wie Kartons, zur Verwendung bei Verpackungen von Fleisch, Obst und Gemüsen, die mit Polyethylen und Wachsen beschichtet sind, sind schwierig repulpierbar. Die Beschichtungen neigen dazu, die Fasern zusammenzuhalten. Häufig haften die Teilchen der Beschichtungen an zu versendenden Papierausstattungen, Drahtpressen und Trocknern. Zusätzlich werden viele der sperrbeschichteten Papierprodukte zum Verpacken von Nahrungsmittelprodukten und dergleichen klebrig, was bei gestapelten oder zusammenhängenden Lagen von beschichteten Kartons zum Blockieren oder Zusammenhaften führt.
Zellstoffhaltige Substrate, die zur Nahrungsmittelverpackung, wie Fast Food und Mikrowellenverwendungen, verwendet werden, müssen flexibel sein, da das Material während der Umwandlung in den endgültigen Behälter häufig gefaltet, markiert bzw. gekerbt oder umgeschlagen wird. Sperrbeschichtungen für diese zellstoffhaltigen Substrate müssen die Zellulosefasern bei diesen Faltungen, Kerbungen oder Umhüllungen schützen, um ein Auslaufen von Ölen, Fetten und anderen Flüssigkeiten durch das Substrat zu verhindern. Fluorkohlenstoff erreicht dies durch Absenken der Oberflächenenergie der Fasern. Die meisten Polymeremulsionsbeschichtungen können die Faltungs- oder Markierungs- bzw. Kerbungslinien („scoreline") nicht schützen, weil die Polymerfilme brechen, wenn sie derartigen Belastungen unterzogen werden. Die Polymeremulsionsbeschichtungen dieser Erfindung sind einzigartig darin, dass ihre Flexibilität es ermöglicht, dass die Beschichtung über die Faltung oder Markierung bzw. Kerbung gedehnt wird, um zu verhindern, dass Flüssigkeiten durch das Substrat auslaufen.
Repräsentative Patente, die den Stand der Technik im Gebiet der sperrbeschichteten Papierprodukte veranschaulichen, umfassen die folgenden:
Die US 5 897 411 offenbart Papier und Karton zur Verwendung bei Verpackungsvorgängen, zum Beispiel der Nahrungsmittelverpackung, die mit einer repulpierbaren Feuchtigkeitsdampfsperrschicht, umfassend ein Latexharz und eine hydrophobe Komponente mit einer Plättchenstruktur, beschichtet wurden. Beispiele umfassen Polystyrol, Styrol-Acrylnitril, carboxyliertes Butadien-Styrol, Ethylen/Vinylchlorid und dergleichen. Beispiele von hydrophoben Komponenten mit einer Plättchenstruktur umfassen Glimmer, Talk, Siliciumoxid etc.
Die US 6 066 379 offenbart einen repulpierbaren wasserabstoßenden Karton, der eine wässerige Beschichtung umfasst, enthaltend eine Polymermatrix/Wachs/Pigmentmischung als Sperre, als eine Verbesserung gegenüber wachs beschichtetem Karton. Die wasserabstoßende Beschichtung des Films umfasst Pigmente, Wachs und eine Polymermatrix aus Polymerketten, die durch anhängende Carbonsäure, wie carboxylierte Butadien-Styrol-Latices, ionisch vernetzt sind.
Die US 5 876 815 offenbart ein Laminatprodukt mit sowohl verbesserter Schmiermittel-, Öl-, Wachs- und Lösungsmittelabstoßung als auch verbesserter Verleimbarkeit und verbesserten Druckeigenschaften. Das Laminat umfasst ein Papiersubstrat, das heißt die oberste Seite von mindestens einer Schicht einer fluorhaltigen Polymergruppe auf mindestens einer Oberfläche des Substrats und mindestens eine Schicht, umfassend einen Latex auf mindestens einer Schicht einer fluorhaltigen Polymergruppierungsschicht. Beispiele von Latices umfassen Styrol-Acrylsäurecopolymere, Ethylen/Vinylacetat (Airflex 100HS), Ethylen/Vinylchlorid, Vinylacetat/Acrylsäure etc.
Die WO 02/14426 A1 offenbart schmiermittelbeständige Papierprodukte, die eine Sperrformulierung umfassen, die keine Fluorchemikalien enthält. Die Formulierung ist ebenfalls als Beschichtung oder Behandlung zur Bereitstellung von Trennmitteleigenschaften für ein Grundierungssubstrat ohne die Verwendung von Silikon verwendbar. Die Formulierung enthält Polyvinylalkohol und ein Fettsäuremelamin und Paraffinwachs.
Die US 5 989 724 offenbart einen recycelbaren und repulpierbaren beschichteten Papierbestand, beschichtet auf einer Oberfläche mit einer Basisbeschichtung und mindestens einer zusätzlichen Beschichtung über der Basisbeschichtung. Beide Beschichtungen basieren auf Polymeren, wie Acrylsäure, Ethylen-Vinylacetat, Polyvinylacetat und dergleichen. Anders als Polyethylenfilme und Wachsbeschichtungen sind die beschriebenen Beschichtungen repulpierbar.
Die US 3 436 363 offenbart ein chargenweises und kontinuierliches Verfahren zur Polymerisierung von Ethylen in Gegenwart einer polymerisierbaren ethenoiden ungesättigten ein- oder mehrbasigen Carbonsäure oder Sulfonsäure und Wasser. Repräsentative polymerisierbare Ethenoidsäuren umfassen Acrylsäure, Methacrylsäure, Caotonsäure, Itaconsäure und dergleichen. Der Feststoffgehalt der Polymeremulsionen beträgt etwa 25 bis 30 Gew.-%. Von den Emulsionen wird berichtet, dass sie bei der Papierbeschichtung, der Textilausrüstung, dem Polieren und bei Oberflächenbeschichtungen verwendbar sind.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Diese Erfindung richtet sich auf eine Verbesserung von zellstoffhaltigen Produkten, wie Papier- oder Kartonprodukten, mit einer Sperrbeschichtung, die hierauf aufgebracht wird, die eine Sperre gegen Feuchtigkeitsdampf, Öl, Fett, Lösungsmittel, Wasser und andere wässerige und nicht-wässerige Fluide verleiht. Die Verbesserung besteht in einem emulsionspolymerisierten Vinylacetatpolymer als diese Beschichtung, wobei das Polymer aufweist:

(a) einen Kristallschmelzpunkt (T_m) im Bereich von 35 bis 110°C, bevorzugt 50 bis 90°C, gemessen bei einer Heizrate von 20°C/Minute und
(b) einen Zugspeichermodul von mindestens 1 × 10⁵ dyn/cm² bei 115°C, gemessen bei 6,28 rad/sec.

Zusätzlich sollten diese Polymere aufweisen (c) eine kristalline Schmelzwärme bzw. Schmelzenthalpie (H_f) im Bereich von 5 bis 100 Joule pro g (J/g), bevorzugt 15 bis 70 J/g; (d) eine Glasübergangstemperatur (T_g) von +25°C bis etwa –35°C und (e) ein Nicht-Blockieren bei Temperaturen von etwa 50°C.
Signifikante Vorteile können mit dieser Erfindung erreicht werden und diese umfassen:
die Fähigkeit, ein direktes Verfahren zur Herstellung von sperrbeschichteten zellstoffhaltigen Zusammensetzungen bereitzustellen, das keine Fluorchemikalien erfordert;
die Fähigkeit Papier- und Kartonprodukte zu erzeugen, die mikrowellentauglich sind und gegenüber heißen Öl- und (Schmier-)Fetten beständig sind;
die Fähigkeit ein Nassbeschichtungsverfahren einzusetzen, um Papier und Karton mit Sperreigenschaften herzustellen und
die Fähigkeit Kartonprodukte bereitzustellen, die anders als Polyethylenpapier und Karton, die nicht repulpierbar sind und endgelagert werden müssen, repulpierbar sind.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die wässerigen Polymeremulsionen, basierend auf Ethylen-Vinylacetat, dieser Erfindung basieren auf Vinylacetat und Ethylen mit dem Niveau an polymerisierten Einheiten von Vinylacetat im Bereich von 15 bis 90 Gew.-% des Polymers und einem Niveau der polymerisierten Ethyleneinheiten im Bereich von 10 bis 85 Gew.-%; bevorzugt von 25 bis 80 Gew.-% Vinylacetat und 20 bis 75 Gew.-% Ethylen und am meisten bevorzugt von 35 bis 75 Gew.-% Vinylacetat und 25 bis 65 Gew.-% Ethylen. Eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung sind wässerige Polymeremulsionen auf Vinylacetat-Ethylenbasis, worin das Polymer zusammengesetzt ist aus 30 bis 50 Gew.-% Vinylacetat und 50 bis 70 Gew.-% Ethylen.
Eine zusätzliche Komponente zur konsistenten Verstärkung der Sperreigenschaften der Vinylacetat-Ethylenpolymere ist die Einbeziehung einer Carboxylsäure oder selbstvernetztenden Komponente. Carboxylsäuren umfassen C₃-C₁₀-Alken(oin)säuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure und Isocrotonsäure und alpha,beta-ungesättigte C₄-C₁₀-Alkendisäuren, wie Maleinsäure, Fumarsäure und Itaconsäure. Vernetzende Monomere umfassen N-Methylolacrylamid (NMA), eine Mischung von NMA und Acrylamid, typischerweise in einem 50/50-Verhältnis, häufig bezeichnet als MAMD; Acrylamidobutyraldehyd, Dimethylacetaldiethylacetal, Acrylamidoglycolsäure, Methylacrylamidoglycolatmethylether, Isobutylmethylolacrylamid und dergleichen. NMA und MAMD sind die Vernetzer der Wahl und sind diejenigen der kommerziellen Wahl. Typischerweise werden diese Säuren und selbstvernetzenden Monomeren in einer Menge von 0,2 bis 10 Gew.-% und bevorzugt 0,5 bis 5 Gew.-% einbezogen. Exemplarische Polymere für Sperranwendungen weisen einen Vinylacetatgehalt von 25 bis 80%, einen Ethylengehalt von 20 bis 75% und ein Niveau an Carboxylsäure oder selbstvernetzendem Monomer von 0 bis 5 Gew.-% des Polymers auf.
Andere ethylenisch ungesättigte Monomeren können für Emulsionscopolymerisation mit Vinylacetat-Ethylen eingesetzt werden, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf C₁- bis C₁₅-Alkylvinylester, Vinylchlorid, ein C₁- bis C₁₅-Alkylacrylat oder ein C₁- bis C₁₅-Alkylmethacrylat, wie Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat und 2-Ethylhexyl(meth)acrylat, ein C₁- bis C₆-Hydroxyalkyl(meth)acrylat, wie Hydroxyethyl(meth)acrylat und Hydroxypropyl(meth)acrylat, ein C₁- bis C₁₅-Alkylmaleat, C₁- bis C₁₅-Alkylfumarat, Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäureanhydrid, Natriumvinylsulfonat, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonat und Mischungen hiervon; stickstoffhaltige monoolefinisch ungesättigte Monomeren, insbesondere Nitrile und Amide. Die Monomeren können in minimalen Mengen zum Beispiel 0 bis etwa 10 Gew.-%, bevorzugt weniger als 5 Gew.-% des Polymers einbezogen werden.
Es wurde festgestellt, dass bei der Entwicklung von Vinylacetat-Ethylenpolymeren für Sperranwendungen durch Emulsionspolymerisation die Konzentration von Vinylacetat und Ethylen im Polymer nicht allein für die Verwendung als Sperrbeschichtung verantwortlich ist. Es wurde festgestellt, dass es ein ausreichendes Niveau an amorphen Ethylen-Vinylacetat-Polymersegmenten bedarf, um einem Substrat Adhäsion und Flexibilität zu verleihen, sowie ein ausreichendes Niveau an kristallinen Ethylenpolymersegmenten, um einen geeigneten Ausgleich von Sperrcharakteristika und Nichtblockieren bereitzustellen. Polymerisierte Ethylensegmente führen zu einer Ethylenkristallinität im Polymer.
Kristalline Polyethylendomänen im Polymer verleihen dem Polymer ein T_m und H_f. Es wurde ebenfalls festgestellt, dass durch Beeinflussen des Gleichgewichts von amorphen Ethylen-Vinylacetatdomänen und kristallinen Ethylendomänen im Polymer man einen Bereich wässeriger Copolymerdispersionen erzeugen kann, worin das Polymer ein T_g, T_m, H_f und einen hohen Zugspeichermodul bei hohen Temperaturen, das heißt Temperaturen von etwa 115°C zeigt.
Im Hinblick auf kristalline Segmente weisen die Polymere dieser Erfindung eine kristalline Schmelzwärme bzw. Schmelzenthalpie im Bereich von 5 bis 100 Joule pro g (J/g), bevorzugt 10 bis 70 J/g und einen kristallinen Schmelzpunkt im Bereich von 35 bis 110°C, bevorzugt 50 bis 90°C, auf.
Kristalline Segmente und der Grad der Verzweigung im Polymer verleihen einen hohen Zugspeichermodul und sind hochviskos mit minimalen Fließeigenschaften bei Temperaturen, wo andere Vinylacetat-Ethylenpolymere schmelzen und Fließcharakteristika zeigen. Die hier beschriebenen Polymere behalten eine hohe Viskosität und Beständigkeit bei, um bei Temperaturen gut oberhalb ihrer Schmelztemperaturen zu fließen. Der Modul sollte bei mindestens 1 × 10⁵ in dyn/cm² (bevorzugt 2 × 10⁵) bei 115°C, gemessen bei einer Testfrequenz von 6,28 rad/sek liegen. Die T_g des Polymers kann von etwa +25 bis –40°C sein. Eine T_g von –25 bis –35°C ist zur Verwendung von zerknittertem oder gefaltetem Papier bevorzugt.
Die T_g des Polymers kann durch Einstellen des Ethylengehalts gesteuert werden, das heißt im Allgemeinen, je mehr Ethylen im Polymer relativ zu den anderen Comonomeren vorliegt, je niedriger ist die T_g. Jedoch wurde festgestellt, dass unter bestimmten Polymerisationsbedingungen, wo Bildung von kristallinen Polyethylendomänen begünstigt wird, die T_g nicht fortschreitet, um systematisch im Verhältnis zur Zunahme der Ethylenkonzentration abzunehmen.
Ein bevorzugter Weg die kristalline Domänbildung von Ethylen im Polymer zu erhöhen, ist es die Zugabe von Vinylacetat während des Polymerisationsverfahrens zu verzögern oder abzustufen, derart, dass das im Reaktor vorliegende Niveau an nicht umgesetztem Vinylacetat bei verschiedenen Stufen während des Verfahrens minimal ist, das heißt unterhalb 5% unumgesetztem freien Vinylacetatmonomer. Insbesondere bei Abwesenheit von Carboxyl oder selbstvernetzender Funktionalität ist es bevorzugt, die Zugabe von Vinylacetat im Polymerisationsverfahren über eine anfängliche Zeitspanne abzustufen. Typischerweise wird die Zugabe innerhalb 75% der gesamten Polymerisationszeitspanne und allgemein innerhalb von drei Stunden oder weniger abgeschlossen. Somit kann die Vinylacetat/Ethylenpolymerisation in einer Stufe stattfinden, wobei das meiste, aber nicht sämtliches des Ethylens in amorphen Regionen verbleibt und die Bildung des Hauptteils der kristallinen Ethylendomänen in einer weiteren Stufe des Polymerisationsverfahrens auftreten kann.
Andere Faktoren, die zu kristallinen Ethylendomänen im Polymer führen, sind der Druck und die Temperatur der Polymerisation. Obwohl der Druck keinen Einfluss auf das Erreichen höherer Ethylenkonzentrationsniveaus im Polymer hat, ist er ebenfalls ein Faktor zur Bestimmung, ob die Menge des vorhandenen Ethylens in amorphen Regionen oder kristallinen Domänen vorliegt. Die Temperatur ist ebenfalls bei der Bildung von Ethylenkristallinität relevant. Schließlich ist das Niveau an Initiator ebenfalls ein Faktor bei der Entwicklung von Copolymeren für Sperranwendungen.
Im bevorzugten Verfahren zur Durchführung der Polymerisation und der Bildung von Polymeren für Sperranwendungen wird die Polymerisation von Ethylen, Vinylacetat und gegebenenfalls Carboxylsäure durch thermische Initiatoren oder durch Redoxsysteme initiiert. Ein thermischer Initiator wird typischerweise bei Temperaturen von etwa 60°C oder höher, bevorzugt etwa 70°C oder höher verwendet. Redoxsysteme können über einen weiten Temperaturbereich eingesetzt werden, werden aber typischerweise bei Temperaturen von etwa 60°C oder weniger verwendet. Die Menge an im Verfahren verwendetem Initiator ist typischerweise im Wesentlichen höher als in vorherigen Verfahren zur Bildung wässeriger Dispersionspolymeren auf Vinylacetat/Ethylenbasis verwendeter. Typischerweise beträgt das Niveau an Initiator mindestens 0,5% und ist typischerweise größer als 0,8 Gew.-% der beaufschlagten Gesamtmonomeren. Zusätzlich ist es bevorzugt, dass der Initiator über die Polymerisationsdauer zugegeben wird. Es wird angenommen, dass ein hoher Radikalfluss, erzeugt durch die höheren Niveaus an Initiator, die Ethyleneinbeziehung während dieses Niederdruckpolymerisationsverfahrens erleichtert und zu kristallinen Ethylensegmenten führt und zu einer verzweigten Polymerarchitektur im resultierenden Copolymer und somit einen höheren Zugspeichermodul bei erhöhten Temperaturen, thermi schen Schmelzpunkt und eine Schmelzwärme bzw. Schmelzenthalpie zeigt. Thermische Initiatoren sind im Stand der Technik der Emulsionspolymere gut bekannt und umfassen beispielsweise Ammoniumpersulfat, Natriumpersulfat und dergleichen. Geeignete Redoxsysteme basieren auf Sulfoxylaten und Peroxiden. Kombinationen von Natriumformaldehydsulfoxylat und Peroxide, wie t-Butyl-hydroperoxid (t-BHP) und Wasserstoffperoxid, sind repräsentativ.
Das Ethylen und optional andere Monomere werden dann unter einen Druck von weniger als etwa 2000 psig (13.891 kPa), zum Beispiel 1200 bis 1800 psig (8375 bis 12512 kPa) eingeführt, und es wird gerührt, und die Temperatur steigt auf Reaktionstemperatur. Der Initiator, Vinylacetat und Emulgator werden stufenweise oder inkrementell über die Reaktionsdauer zugegeben und die Reaktionsmischung bei Reaktionstemperatur für eine erforderliche Zeit, um das gewünschte Produkt zu erzeugen, gehalten.
Bei Bildung eines emulsionspolymerisierten Polymers kann ein Stabilisierungssystem, basierend auf Schutzkolloiden und oberflächenaktiven Mitteln eingesetzt werden. Ein Schutzkolloid, das als eine Komponente eines des hier beschriebenen geeigneten Stabilisierungssystems eingesetzt wird, ist ein zellstoffhaltiges Kolloid. Ein Beispiel eines zellstoffhaltigen Schutzkolloids ist Hydroxyethylzellulose. Das Schutzkolloid kann in Mengen von etwa 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5-5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmonomeren, verwendet werden. Polyvinylalkohol kann in der Formulierung ebenfalls eingesetzt werden.
Das oberflächenaktive Mittel oder der Emulgator kann bei einem Niveau von etwa 1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 1,5 bis 6 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren, eingesetzt werden, und kann irgendeines der bekannten und herkömmlichen oberflächenaktiven Mittel und Emulgiermittel, prinzipiell nichtionisches, anionisches und kationisches Material, das bisher in der Emulsionspolymerisation eingesetzt wurde, umfassen. Unter den anionischen oberflächenaktiven Mitteln, von denen gefunden wurde, dass sie gute Ergebnisse liefern, sind Alkylsulfate und Ethersulfate, wie Natriumlaurylsulfat, Natriumoctylsulfat, Natriumtridecylsulfat und Natriumisodecylsulfat, Sulfonate, wie Dode cylbenzolsulfat, alpha-Olefinsulfonate und Sulfosuccinate und Phosphatester, wie die verschiedenen linearen Alkoholphosphatester, verzweigte Alkoholphosphatester und Alkylphenolphospatester.
Beispiele von geeigneten nicht-ionischen oberflächenaktiven Mitteln umfassen die Igepal oberflächenaktiven Mittel, die Bestandteile einer Reihe von Alkylphenoxypoly(ethylenoxy)ethanolen mit Alkylgruppen, enthaltend etwa 7 bis 18 Kohlenstoffatome, darstellen und mit etwa 4 bis 100 Ethylenoxyeinheiten, wie die Octylphenoxypoly(ethylenoxy)ethanole, Nonylphenoxypoly(ethylenoxy)ethanole und Dodecylphenoxypoly(ethylenoxy)ethanole. Andere umfassen Fettsäureamide, Fettsäureester, Glycerinester und ihre Ethoxylate, Ethylenoxid/Propylenoxid-Blockpolymere, sekundäre Alkoholethoxylate und Tridecylalkoholethoxylate. Beispiele von herkömmlichen kationischen oberflächenaktiven Mitteln sind Dialkylquaternäre, Benzylquaternäre und ihre Ethoxylate.
Durchschnittliche Teilchengrößenverteilungen für die Polymerpartikel der Emulsionspolymere dieser Erfindung reichen von 0,05 bis 5 μm, bevorzugt 0,10 bis 2 μm.
Die Ethylenniveaus in den Polymeren werden durch Massenbalance bestimmt.
Der Zugspeichermodul als Funktion der Temperatur wurde bei einer Testfrequenz von 6,28 rad/sek gemessen und ausgedrückt als dyn/cm². Noch spezieller wurde ein dynamisch mechanisches Testen der Polymerproben durch Messen des Zugspeichermoduls unter Verwendung des nachfolgenden Verfahrens erreicht. Die ASTM-D-4065-94 und die ASTM-D-5026-94 wurden als Leitfaden für dieses Verfahren verwendet. Jede Polymeremulsion wurde als Film gegossen, und man ließ ein Minimum von mehreren Tagen bei Umgebungsbedingungen trocknen. Die Trockenfilmdicke war typischerweise im Bereich von 0,3 bis 0,5 min. Für Proben, die bei Raumtemperatur nicht in adäquater Form Filme bildeten, wurden die Polymere bei 100 bei 150°C formgepresst. Die zum Testen verwendeten Proben wurden aus dem Film formgeschnitten und waren etwa 6,3 mm breit und 30 mm lang. Die Proben wurden auf einem Rheometrics Solid Analyzer (RSA II) von Rheometrics Scientific Inc. getestet, um die zugdynamischen mechanischen Eigenschaften zu erhalten. Die Daten wurden alle 6°C über den Bereich von –100 bis 200°C unter Verwendung einer Faser-/Filmfixiervorrichtung und mit einer Deformationsfrequenz von 6,28 rad/sec. erhalten. Um linear viskoelastische Bedingungen sicherzustellen, waren die verwendeten Belastungen typischerweise 0,05% im glasartigen Bereich und bis zu 1% im Gummibereich. Eine Aufsaugzeit von einer Minute wurde bei jeder Temperatur verwendet, um isotherme Bedingungen sicherzustellen. Für jede Temperatur berechnete der RSA II den Zugspeichermodul (E'), den Zugverlustmodul (E'') und den Tangens delta (tan δ), basierend auf der Breite, Dicke und Länge der Probe.
Die T_g, T_m und H_f wurden über Differentialscanningkalorimetrie (DSC) unter Verwendung eines TA Instruments Thermal Analyst 3100 mit einem DSC 2010 Modul bestimmt. Die Polymerproben wurden vor dem Test kräftig getrocknet. Die Proben wurden in einem Kalorimeter für 5 Minuten bei 100°C gehalten, auf –75°C abgekühlt und dann bei einer Heizrate von 20°C/Minute bis zu einer Endtemperatur von bis zu 200°C gescannt. Die T_g entspricht den extrapolierten eingestellten Werten, erhalten aus der Basislinienverschiebung beim Glasübergang während des Wärmescans. Die Schmelzpunkttemperatur entspricht dem Peak in der Wärmefließkurve. Die Schmelzwärme bzw. Schmelzenthalpie wurde durch Integration des Bereichs unter der Schmelzendothermen berechnet; die Basislinie für diese Integration wird durch Extrapolieren des linearen Bereichs der Wärmefließkurve nach dem Schmelzen zurück zum Überschneidungspunkt mit der Wärmefließkurve vor dem Schmelzen konstruiert.
Die polymere Sperrbeschichtung dieser Erfindung wird ausgelegt, um mit vielen zellstoffhaltigen Produkten verwendet zu werden, die Sperreigenschaften fordern und diese umfassen Papier, Karton, Tütenvorrat („bagstock"), Kartenvorrat („ticket stock"), Deckenkarton, gebleichtes oder natürliches Kraftpapier, Pappe oder andere Materialien zur Herstellung von Boxen. Andere zellstoffhaltige Produkte umfassen Baumwolle oder Baumwollverschnitte, Tapete oder Holzpro dukte. Die zellstoffhaltigen Produkte können vorgeleimt sein oder pigmentiert vorliegen, wie in der herkömmlichen Praxis.
Die Polymeremulsionen können direkt auf die zellstoffhaltigen Produkte, wie Papier- und Pappebestände, beschichtet werden, um ein beschichtetes Papier oder Pappe zu ergeben, die gegenüber Öl, Fett, Lösungsmittel und Feuchtigkeitsdampf beständig sind, wodurch zusätzliche Herstellungsschritte eliminiert werden, wie Polymerextrusion/Lamination und Eliminierung von umweltschädlichen Substanzen, wie Fluorchemikalien. Die Dispersion kann nahe zum Trockenende der Papiermaschine, gerade vor dem letzten Trockner bzw. Trocknungsmittel, aufgebracht werden.
Die Erfindung wird durch Betrachtung der nachfolgenden Beispiele weiter verdeutlicht, die für die Erfindung rein veranschaulichend sein sollen.
Beispiel 1
Vinylacetat/Ethylen/Acrylsäure-Polymer, enthaltend 63% Ethylen Ein Ethylen-Vinylacetatemulsionspolymer, enthaltend kristalline Ethylensegmente, wurde durch das nachfolgende Verfahren hergestellt: Ein Drei-Gallonen-Druckreaktor aus rostfreiem Stahl wurde mit der folgenden Mischung beaufschlagt:

Rhodapon UB Natriumlaurylsulfat (30%ige wässerige Lösung), vertrieben von Rhodia
Natrosol 250GR (2%ige wässerige Lösung); Hydroxyethylzellulose, vertrieben von Rhodia.

Die nachfolgenden Zuführmischungen wurden verwendet:
Rühren bei 100 U/min wurde mit Stickstoffspülen begonnen. Das Rühren wurde dann auf 600 U/min verstärkt und der Reaktor auf 80°C erhitzt. Nach unter Druck setzen des Reaktors mit Ethylen auf 1800 psig (12512 kPa), wurden 15 g Initiatorlösung mit einer Rate von 10,0 g/min zugegeben. Bei der 10 Minuten-Marke wurde die Monomerzuführung mit 3,49 g/min begonnen, die Zuführung des oberflächenaktiven Mittels mit 1,79 g/min und die Zuführung des Initiators erneut mit 0,71 g/min gestartet. Der Ethylendruck von 1800 psig (12.512 kPa) wurde 420 Minuten aufrechterhalten. Die Vinylacetatzuführung, Zuführung des oberflächenaktiven Mittels, Initiatorzuführung und Ethylenzuführung wurden bei der 420 Minuten-Marke abgeschlossen, gefolgt von Halten der Reaktionsmischung auf Temperatur für weitere 30 Minuten. Die Reaktion wurde dann auf 30°C abgekühlt, in einen Entgaser transferiert und 6 g Rhodalin 675 Entschäumer wurden zugegeben. Die nachfolgenden Eigenschaften des resultierenden Emulsionscopolymers wurden gemessen:
Beispiel 2
Vinylacetat/Ethylen/Acrylsäure-Polymer, enthaltend 51 % Ethylen Ein Emulsionspolymer, enthaltend kristalline Ethylensegmente, wurde durch das nachfolgende Verfahren hergestellt: Ein Ein-Gallonen-Druckreaktor aus rostfreiem Stahl wurde mit der nachfolgenden Mischung beaufschlagt:

Aerosol MA80I vertrieben von Cytec

Die nachfolgenden Zuführmischungen wurden verwendet:

Rhodacal DS-10 vertrieben von Rhodia

Rühren bei 100 U/min wurde mit Stickstoffspülen begonnen. Das Rühren wurde dann auf 900 U/min verstärkt und der Reaktor auf 80°C erhitzt. Nach unter Druck setzen des Reaktors mit Ethylen auf 1400 psig (9754 kPa), wurden 15 g Initiatorlösung mit einer Rate von 5,0 g/min zugegeben. Sobald die 15 g Initiator zugegeben waren, wurde die Initiatorzugaberate auf 0,30 g/min reduziert. Bei der 15 Minuten-Marke wurde die Monomerzuführung mit 3,0 g/min begonnen und die Zuführung durch das oberflächenaktive Mittel mit 0,72 g/min begonnen. Der Ethylendruck von 1400 psig wurde 330 Minuten aufrechterhalten. Die Vinylacetatzuführung wurde bei der 3 Stunden-Marke gestoppt. Die Zuführung des oberflächenaktiven Mittels und die Ethylenzuführung wurden bei der 330 Minuten-Marke beendet. Die Initiatorzugabe wurde bei der 360 Minuten-Marke gestoppt, gefolgt von Halten der Reaktionsmischung auf Temperatur für weitere 30 Minuten. Die Reaktion wurde dann auf 30°C abgekühlt, in einen Entgaser transferiert und 2 g Rhodalin 675 Entschäumer wurden zugegeben. Die nachfolgenden Eigenschaften des resultierenden Emulsionscopolymers wurden gemessen:
Beispiel 3
Vinylacetat/Ethylen/Acrylsäure-Polymer, enthaltend 41 % Ethylen Ein Emulsionspolymer, enthaltend kristalline Ethylensegmente, wurde durch das nachfolgende Verfahren hergestellt: Ein Ein-Gallonen-Druckreaktor aus rostfreiem Stahl wurde mit der nachfolgenden Mischung beaufschlagt:
Die nachfolgenden Zuführmischungen wurden verwendet:
Rühren bei 100 U/min wurde unter Stickstoffspülung begonnen. Das Rühren wurde dann auf 900 U/min verstärkt und der Reaktor auf 60°C erhitzt. Der Reaktor wurde dann mit Ethylen auf 1400 psig (9754 kPa) unter Druck gesetzt. 10 g Natriumformaldehydsulfoxylatlösung wurde dann zugegeben. Die verzögerten Zuführungen von tert-Butylhydrogenperoxid mit 0,3 g/min und Natriumformaldehydsulfoxylat mit 0,3 g/min wurden begonnen. Nach 10 Minuten wurde die Monomerzuführung mit 3,0 g/min begonnen, die Zuführung des oberflächenakti ven Mittels wurde mit 0,85 g/min begonnen, und die Redoxzuführung wurde auf 0,20 g/min reduziert. Der Ethylendruck von 1400 psig wurde für 330 Minuten aufrechterhalten. Die Monomerzuführung wurde bei der 3 Stunden-Marke gestoppt. Die Ethylenversorgung wurde bei der 330 Minuten-Marke gestoppt. Die Zuführung des oberflächenaktiven Mittels und die Redoxzuführungen wurden bei der 360 Minuten-Marke gestoppt. Als nächstes wurde die Reaktion auf 30°C abgekühlt und in einen Entgaser transferiert und 2 g Rodalin 675 Entschäumer wurden zugegeben. Die nachfolgenden Eigenschaften des resultierenden Emulsionscopolymers wurden gemessen.
Beispiel 4
Vinylacetat/Ethylen/Acrylsäure-Polymer, enthaltend 74% Ethylen Ein Emulsionspolymer, enthaltend kristalline Ethylensegmente, wurde durch das nachfolgende Verfahren hergestellt: Ein Drei-Gallonen-Druckreaktor aus rostfreiem Stahl wurde mit der folgenden Mischung beaufschlagt:
Die nachfolgenden Zuführmischungen wurden verwendet:
Rühren bei 100 U/min wurde mit Stickstoffspülung begonnen. Das Rühren wurde dann auf 600 U/min verstärkt und der Reaktor auf 80°C erhitzt. Nach unter Druck setzen des Reaktors mit Ethylen auf 1400 psig (9754 kPa) wurden 15 g Initiatorlösung mit einer Rate von 5,0/min zugegeben. Die Initiatorrate wurde dann auf 0,90 g/min reduziert. Bei der 10 Minuten-Marke wurde die Monomerzuführung bei 8,33 g/min begonnen, und die Zuführung des oberflächenaktiven Mittels wurde bei 3,30 g/min begonnen. Der Ethylendruck von 1400 psig wurde für 300 Minuten aufrechterhalten. Die Vinylacetatzuführung wurde bei der 90 Minuten-Marke gestoppt. Bei der 2 Stunden-Marke wurde die Initiatorrate auf 1,30 g/min erhöht. Die Zuführung des oberflächenaktiven Mittels, die Initiatorzuführung und die Ethylenversorgung wurden bei der 300 Minuten-Marke gestoppt, gefolgt vom Halten der Reaktionsmischung auf Temperatur für weitere 30 Minu ten. Die Reaktion wurde dann auf 30°C abgekühlt, in einen Entgaser transferiert, und 2 g Rhodalin 675 Entschäumer wurden zugegeben. Die nachfolgenden Eigenschaften des resultierenden Emulsionscopolymers wurden gemessen:
Beispiel 5
Vinylacetat/Ethylen/Acrylsäure-Polymer, enthaltend 52% Ethylen Ein Ein-Gallonen-Druckreaktor aus rostfreiem Stahl wurde mit der folgenden Mischung beaufschlagt.
Die nachfolgenden Zuführmischungen wurden verwendet:
Rühren wurde mit Stickstoffspülung bei 100 U/min begonnen. Das Rühren wurde dann auf 800 U/min verstärkt und der Reaktor auf 60°C erhitzt. 10 g Natriumformaldehydsulfoxylatlösung wurde dann zugegeben. Verzögerte Zuführungen von tert-Butylwasserstoffperoxid mit 0,3 g/min und Natriumformaldehydsulfoxylat mit 0,3 g/min wurden begonnen. Nachdem das meiste der anfänglichen Beladung von Vinylacetat verbraucht war, wurde der Reaktor mit Ethylen auf 1600 psig (11.133 kPa) unter Druck gesetzt. Dann wurde die Monomerzuführung mit 0,83 g/min begonnen, und die Zuführung des oberflächenaktiven Mittels wurde mit 0,65 g/min begonnen. Der Ethylendruck von 1600 psig wurde für 5 Stunden aufrechterhalten. Die Monomerzuführung, Zuführung des oberflächenaktiven Mittels und der Ethylendruck wurden bei der 5 Stunden-Marke abgeschlossen. Die Redoxinitiatorzuführungen waren bei der 320 Minuten-Marke abgeschlossen. Als nächstes wurde die Reaktion auf 35°C abgekühlt und in einen Entgaser transferiert und 2 g Rhodalin 675 Entschäumer wurden zugegeben. Die nachfolgenden Eigenschaften des resultierenden Emulsionspolymers wurden gemessen:
Beispiel 6
Vinylacetat/Ethylen/Acrylsäure-Polymer, enthaltend 45% Ethylen Eine Polymeremulsion, enthaltend kristalline Ethylensegmente, wurde hergestellt durch zuerst Beaufschlagen eines Ein-Gallonen-Druckreaktors aus rostfreiem Stahl mit der nachfolgenden Mischung:
Die nachfolgenden Zuführmischungen wurden verwendet.
Rühren wurde mit Stickstoffspülung bei 100 U/min begonnen. Das Rühren wurde dann auf 900 U/min verstärkt und der Reaktor auf 60°C erhitzt. Nach unter Druck setzen des Reaktors mit Ethylen auf 1400 psig (9754 kPa) wurden 10 g 8%iges wässeriges Natriumformaldehydsulfoxylat zum Reaktor zugegeben. Die Verzögerungszuführungen von tert-Butylwasserstoffperoxid (4%) mit 0,4 g/min und 8%iges Natriumformaldehydsulfoxylat mit 0,4 g/min wurden begonnen. Nach einer Zeitspanne von 10 Minuten wurde die Zuführung des oberflächenaktiven Mittels mit 0,85 g/min begonnen und die Monomerlösungszuführung wurde mit 3,0 g/min begonnen. Die Redoxraten wurden während der Reaktionsdauer eingestellt, um bei vernünftigen Reaktionsraten zu bleiben. Der Ethylendruck von 1400 psig wurde für 5,5 Stunden aufrechterhalten. Die Monomerlösungszuführung wurde bei der 3 Stunden-Marke gestoppt. Das Ethylenausgabeventil wurde bei der 5,5 Stunden-Marke geschlossen. Die Zuführung des oberflächenaktiven Mittels und die Initiatorzuführung wurden bei der 6 Stunden-Marke gestoppt. Die Reaktion wurde dann auf 35°C abgekühlt, in einen Entgaser transferiert, um unumgesetztes Ethylen zu entfernen, und 2 g Rhodalin 675 Entschäumer wurden zugegeben. Die nachfolgenden Eigenschaften des resultierenden Emulsionspolymers wurden gemessen:
Beispiel 7
Vinylacetat/Ethylen/N-Methylolacrylamid-Polymer, enthaltend 63% Ethylen.
Ein Drei-Gallonen-Druckreaktor aus rostfreiem Stahl wurde mit der nachfolgenden Mischung beaufschlagt:

Aerosol MA-80I, vertrieben von Rhodia

Die nachfolgenden Zuführmischungen wurden verwendet.
Rühren bei 100 U/min wurde mit Stickstoffspülung begonnen. Das Rühren wurde dann auf 600 U/min verstärkt und der Reaktor auf 80°C aufgeheizt. Nach unter Druck setzen des Reaktors mit Ethylen auf 1400 psig (9754 kPa) wurden 15 g Initiatorlösung mit einer Rate von 5,0 g/min zugegeben. Nachdem 15 g Initiator im Reaktor waren, wurde die Initiatorzuführungsrate auf 0,90 g/min reduziert. Bei der Initiierung wurde die Vinylacetatzuführung mit 9,0 g/min begonnen, die Zuführung des oberflächenaktiven Mittels wurde mit 2,16 g/min begonnen und die NMA-Verzögerung wurde mit 1,17 g/min begonnen. Der Ethylendruck von 1400 psig wurde für 5,5 Stunden aufrechterhalten. Die Vinylacetatzuführung wurde bei der 3 Stunden-Marke gestoppt. Die Ethylenversorgung wurde bei der 5,5 Stunden-Marke gestoppt. Die Zuführung des oberflächenaktiven Mittels, NMA-Zuführung und Initiatorzuführung wurden bei der 6 Stunden-Marke gestoppt, gefolgt vom Halten der Reaktionsmischung auf Temperatur für weitere 30 Minuten. Die Reaktion wurde dann abgekühlt, in einen Entgaser transferiert und 2 g Rhodalin 675 Entschäumer wurden zugegeben. Die nachfolgenden Eigenschaften des resultierenden Emulsionspolymers wurden gemessen:
Beispiel 8
Vinylacetat/Ethylen/Acrylsäure-Polymer, enthaltend 49% Ethylen Dem Verfahren von Beispiel 2 wurde gefolgt, außer dass die Anfangsreaktorbeladung aus 300 g Natrosol 250 GR (2%), 10 g Aerosol MA80I, 800 g Wasser und 120 g Monomerlösung bestand.
Beispiel 9
Vergleichstestleistungsfähigkeit von Polymerzusammensetzungen für Sperranwendungen
Proben der Emulsionspolymere der Beispiele 1 bis 8 wurden auf 11 Punkt feststoffgebleichten Sulfat-(SBS)-Tafeln (Basisgewicht von 120 Pfund/3000 sq.ft) mit einem runden Drahtstab beschichtet. Ein Trockenbeschichtungsgewicht von etwa 1,5 Pfund/3000 Quadratfuß wurde mit einem Stab #10 erreicht. Die Nassbeschichtungen wurden bei 250° F für 90 Sekunden getrocknet. Die Leistungsfähigkeitsergebnisse wurden in Tabellen erfasst und sind nachfolgend, zusammen mit den Ergebnissen für mehrere kommerziell erhältliche Emulsionspolymere, gezeigt. Die erste kommerzielle Probe ist ein kommerzielles fettbeständiges Papier, das mit einer Fluorchemikalie behandelt wird, um Beständigkeit gegenüber Fett und Ölen für Anwendungen als Popcorntüten, Haustiernahrungsbeutel und Fast Food-Verpackungen bereitgestellt wird. Die zweite kommerzielle Probe ist ein Papier-/Polyethylenverbund, herkömmlicherweise bekannt als mehrfachbeschichtete Kartonprobe für Anwendungen, wie gefrorene Nahrungsmittel und aseptische Verpackungen. Die Probe wird durch Extrusionsbeschichten von 0,5 mil niederdichtem Polyethylen (LDPE) auf 16 Punkt-SBS-Karton hergestellt.
Beschichtete Lagen wurden in einen Raum mit konstanter Temperatur und Feuchtigkeit gelegt und mit dem TAPPI-Verfahren T402 om-93 vor dem Testen unter demselben Verfahren konditioniert.
Die Maisölbeständigkeit der beschichteten Lagen gegenüber einer Penetration von Öl wurde mit einem Maisöl-Standtest erreicht. 2 Tropfen Maisöl (Mazola) wurden auf die beschichtete Oberfläche jeder Probe gegeben. Die Probe wurden jede Stunde 24 Stunden lang auf visuelle Entfärbung der Basislage untersucht, die angeben würde, dass das Öl die Beschichtung penetriert hatte.
Fett- und Ölbeständigkeit der Beschichtung wurden mit dem TAPPI-Verfahren T 559 pm-96, das ebenfalls als Kit-Test bekannt ist, beurteilt.
Das Kit-Testen wurde auf flachbeschichteten Proben (wie beschichtet) und auf Proben, die einmal in Maschinenrichtung und dann in Richtung quer zur Maschine gefaltet waren, untersucht. Die gefalteten Proben wurden im Kreuzungs-(+)-Bereich getestet. Die Fähigkeit der beschichteten Lagen, Wasser zu absorbieren, wurde über den Cobb-Wasserabsorptionstest (T 441 om-90) beurteilt.
Terpentinbeständigkeit und Bestimmung von Beschichtungsdefekten wurde mit dem TAPPI-Verfahren T 454 om-94 durchgeführt.
Die Feuchtigkeitsdampftransmissionsrate wurde auf den beschichteten Proben gemäß dem TAPPI-Verfahren T 464 om-95 gemessen.
Das Blockieren (beschichtete Seite zur unbeschichteten Seite) wurde unter Verwendung von TAPPI UM 565 bei 44% und 75% relativer Feuchtigkeit beurteilt.
Heißer Pflanzenöltest: Um die Verpackungsumgebung für heiße, hochfette ölhaltige Nahrungsmittel zu simulieren, wurde ein Tropfen Pflanzenöl oder Olivenöl bei erhöhter Temperatur auf das beschichtete Papier gegeben. Die Zeitdauer für das heiße Öl bis zur Rückseite der Papierprobe zu penetrieren wurde aufgezeichnet. Die Zeitnahme wurde nach 180 bis 200 Sekunden gestoppt. Die Beschichtung muss heiße Ölpenetration für ein Minimum von 180 bis 200+ Sekunden verhindern, um akzeptabel zu sein.
Sämtliche mit den in den obigen Beispielen beschriebenen Emulsionspolymeren beschichtete Papierproben zeigten eine Maisölstandzeit, eine Kit-Testleistungsfähigkeit und Terpentinstandzeitergebnisse vergleichbar zu fluorchemisch behandeltem fettbeständigem Papier. Die Emulsionspolymere dieser Erfindung gegenüber fluorchemisch behandeltem Papier reduzieren ebenfalls die Fähigkeit des Papiers, beträchtlich Wasser zu absorbieren, was einen Vorteil für viele Anwendungen darstellt.
Die Emulsionspolymere zeigten ebenfalls Leistungsfähigkeit vergleichbar dem kommerziellen mehrfachbeschichteten Karton. Ein Vorteil der Emulsionspolymere dieser Erfindung ist, dass sie repulpierbarer sind als extrudiertes LDPE, was eine Faserrückgewinnung erlaubt. Zusätzlich können die Emulsionspolymere dieser Erfindung in Papierherstellungsverfahren verwendet werden, wodurch ein Verfahrensschritt, verglichen mit der LDPE-Extrusion, eingespart wird.
Die Emulsionspolymere der Beispiele 1 bis 8 zeigten bessere Kitleistungsfähigkeit (sowohl flach als auch gefaltet) gegenüber dem kommerziell erhältlichen Poly(vinylacetat) (PVAc) und vielen der Poly(Vinylacetat-Ethylen)-(VAE)-Polymeren. Die Maisöl- und Terpentinergebnisse waren vergleichbar.
Die Emulsionspolymere dieser Erfindung zeigten ebenfalls bessere Blockungsbeständigkeit gegenüber dem kommerziellen VAE, einschließlich jenen, die Acrylsäure einbezogen und die PVAc-Polymere. Dies war einigermaßen unerwartet, da die Emulsionspolymeren dieser Erfindung niedrige T_gs aufweisen und beträchtlich mehr Ethylen als die kommerziellen Polymere enthalten.
Es gab einen Hauptunterschied hinsichtlich der heißen Pflanzen-/Olivenölbeständigkeit zwischen den Polymeren dieser Erfindung und den kommerziellen Polymeren, die keine ausreichende Kristallinität aufweisen, um eine thermische Schmelztemperatur und Schmelzwärme bzw. Schmelzenthalpie zu zeigen. Die Polymere der Beispiele 1 bis 8 zeigen überragende heiße Pflanzen-/Olivenölbeständigkeit zur Verhinderung der Heißölpenetration in das zellstoffhaltige Substrat oberhalb von 180+ Sekunden. Das eine kommerzielle VAE-Acrylsäure polymer (T_g = –20°C), das gute Beständigkeit gegenüber Heißölpenetration aufwies, hatte ebenfalls geringe Blockierungsbeständigkeit.

Claims

Verwendung einer Polymerbeschichtung zur Verbesserung der Sperreigenschaften in einem zellstoffhaltigen Produkt, worin die Polymerbeschichtung ein Ethylen-Vinylacetat-Polymer aufweist, umfassend kristalline Ethylensegmente, hergestellt durch Emulsionspolymerisieren von Ethylen und Vinylacetat in Gegenwart eines Stabilisierungssystems, bestehend im Wesentlichen aus einem oberflächenaktiven Mittel oder einem Schutzkolloid in Kombination mit einem oberflächenaktiven Mittel, wobei das Ethylen-Vinylacetat-Polymer (a) einen Kristallschmelzpunkt im Bereich von 35 bis 110°C, gemessen bei einer Heizrate von 20°C pro Minute, und (b) einen Zugspeichermodul von mindestens 1 × 10⁵ dyn/cm² bei einer Temperatur von 115°C und gemessen bei 6,28 rad/sek. aufweist.
Verwendung einer Polymerbeschichtung nach Anspruch 1, worin das Polymer 15 bis 90 Gew.-% polymerisierter Einheiten von Vinylacetat und etwa 10 bis 85 Gew.-% polymerisierter Einheiten von Ethylen, basierend auf dem Gesamtgewicht des Polymers, umfasst.
Verwendung einer Polymerbeschichtung nach Anspruch 2, worin das Polymer 25 bis 80 Gew.-% polymerisierter Einheiten von Vinylacetat und etwa 20 bis 75 Gew.-% polymerisierter Einheiten von Ethylen, basierend auf dem Gesamtgewicht des Polymers, umfasst.
Verwendung einer Polymerbeschichtung nach Anspruch 2, worin das Polymer 35 bis 75 Gew.-% polymerisierter Einheiten von Vinylacetat und etwa 25 bis 65 Gew.-% polymerisierter Einheiten von Ethylen, basierend auf dem Gesamtgewicht des Polymers, umfasst.
Verwendung einer Polymerbeschichtung nach Anspruch 4, worin das Polymer 30 bis 50 Gew.-% polymerisierter Einheiten von Vinylacetat und etwa 50 bis 70 Gew.-% polymerisierter Einheiten von Ethylen, basierend auf dem Gesamtgewicht des Polymers, umfasst.
Verwendung einer Polymerbeschichtung nach Anspruch 2, worin polymerisierte Einheiten einer Carboxylsäure oder N-Methylolacrylamid im Polymer in einer Menge von etwa 0,2 bis etwa 10 Gew.-% des Polymers vorhanden sind.
Verwendung einer Polymerbeschichtung nach Anspruch 3, worin das Polymer einen Zugspeichermodul von mindestens 2 × 10⁵ dyn/cm² bei 115°C, gemessen bei 6,28 rad/sek., aufweist.
Verwendung einer Polymerbeschichtung nach Anspruch 7, worin das Polymer im Wesentlichen aus polymerisierten Einheiten von Ethylen, Vinylacetat und Acrylsäure besteht.
Verwendung einer Polymerbeschichtung nach Anspruch 8, worin die kristalline Schmelzwärme bzw. Schmelzenthalpie des Polymers etwa 5 bis 100 Joule pro Gramm, gemessen bei einer Heizrate von 20°C pro Minute, beträgt.
Verwendung einer Polymerbeschichtung nach Anspruch 9, worin die Glasübergangstemperatur +25°C bis etwa –40°C, gemessen bei einer Heizrate von 20°C pro Minute, beträgt.
Verwendung einer Polymerbeschichtung nach Anspruch 10, worin der kritalline Wärmeschmelzpunkt von 50 bis 90°C, gemessen bei einer Heizrate von 20°C pro Minute, reicht.
Verwendung einer Polymerbeschichtung nach Anspruch 8, worin die T_g des Polymers –25 bis –35°C beträgt.
Verwendung einer Polymerbeschichtung nach Anspruch 12, worin die kristalline Schmelzwärme bzw. Schmelzenthalpie von bevorzugt 15 bis 70 Joule pro Gramm, gemessen bei einer Heizrate von 20°C pro Minute, reicht.
Verwendung einer Polymerbeschichtung nach Anspruch 1, worin das zellstoffhaltige Produkt ein Papier oder Karton ist und das Polymer im Wesentlichen aus polymerisierten Einheiten von Ethylen, Vinylacetat und einer Carboxylsäure oder N-Methylolacrylamid besteht.
Verwendung einer Polymerbeschichtung nach Anspruch 14, worin die T_g des Polymers von –25 bis –35°C reicht.
Verwendung einer Polymerbeschichtung nach Anspruch 15, worin die Schmelzwärme bzw. Schmelzenthalpie des Polymers 10 bis 70 Joule pro Gramm, gemessen bei einer Heizrate von 20°C pro Minute, beträgt.
Verwendung einer Polymerbeschichtung nach Anspruch 16, worin das Polymer 35 bis 75 Gew.-% Vinylacetat, 25 bis 65 Gew.-% Ethylen und 0,2 bis 10 Gew.-% einer Carboxylsäure oder N-Methylolacrylamid aufweist, basierend auf dem Gesamtgewicht des Polymers.
Verwendung einer Polymerbeschichtung nach Anspruch 16, worin das Polymer im Wesentlichen aus Ethylen, Vinylacetat und Acrylsäure besteht.