用于聚合物乳液顶涂层的疏水性涂布纸基材及其制备方法与流程

本发明大体上涉及适用于水性聚合物乳液顶涂层以形成防潮涂层的疏水性涂布纸基材，并且其可再浆化/可再循环以更好地适用于造纸机。本发明还大体上涉及制备这种疏水性涂布纸基材的方法。

背景技术：

纸基材已被用作各种食品和饮料产品的一次性、单次使用的容器、包装等。例如，可以使用纸杯纸板形式的纸板来提供用于各种饮料产品的一次性单次使用杯。这些一次性、单次使用杯可以用于“热”饮料，如咖啡、拿铁、摩卡、热巧克力等，以及用于“冷”饮料，如软饮料、牛奶、冰沙、奶昔等。包装例如这些一次性、单次使用杯也可以用作其他含水分食品例如冰淇淋、其他冷冻食品、汤等的容器，以及其他湿和干食品包装、非食品包装如肥皂盒等。

来自这种含水分食品和饮料产品的水分可以渗透形成杯的纸板，从而导致杯子变得潮湿，从而失去结构完整性。在“冷”饮料或食品的情况下，水分也可能在远离饮料或食物的一侧或表面上冷凝，从而也渗透到杯状体中。为了抑制这种水分渗透，这种杯的纸板可以用防水材料涂覆在一或两侧/表面上。常规的防水涂料可以包括天然或合成蜡。或者，可以将如聚乙烯的防水聚合物涂层施用于、层压在或挤出在纸板的侧面/表面上或两者上。这种防水涂层可以改善一次性、单次使用杯中使用的纸板的耐水性，并且因此当含有“热”饮料或食品如咖啡、汤等以及“冷”饮料或食品如软饮料、冰淇淋等时，改善或增加这种杯的结构完整性。

技术实现要素：

根据本发明的第一个广泛的方面，提供了一种包含疏水性涂布纸基材的制品，其包含：

具有第一表面和第二表面的纸基材，所述纸基材包含：

所述纸基材的至少约70％重量的纸纤维；和

内部纸浆施胶剂，其量足以赋予所述纸基材至少约200秒的hst值；和

在所述第一和第二表面的至少一个表面上的表面施胶层，所述表面施胶层以所述纸基材的至少约1磅/3000平方英尺(3msf)的量存在并且包括一种或多种至少约1磅/3000平方英尺(3msf)的量的表面施胶淀粉；

在至少一个表面施胶层上的至少一个疏水性着色涂层，以赋予每2分钟约50克/平方米或以下的cobb值；所述疏水性着色涂层具有小于约3的派克印刷平滑度值，并且以所述纸基材的约2至约20磅/3000平方英尺(3msf)的涂布量存在于至少一个表面施胶层上，所述疏水性着色涂层包含：

纸颜料组分，其量为所述疏水性着色涂层的约20％重量至约90％重量，所述纸颜料组分包含约20至100重量份数的片状矿物颜料和0至约80重量份数的非片状纸颜料；和

疏水性颜料粘合剂组分，其量为每100份所述纸颜料组分约10至约400份，所述疏水性颜料粘合剂组分包含一种或多种疏水性聚合物。

根据本发明的第二个广泛的方面，提供了一种制备疏水性涂布纸基材的方法，其包括以下步骤：

(a)提供具有第一表面和第二表面的纸基材，所述第一表面和第二表面中的至少一个具有至少所述纸基材的约1磅/3000平方英尺(3msf)量的表面施胶层，所述纸基材包括：

所述纸基材的至少约70％重量的纸纤维；和

内部纸浆施胶剂，其量足以赋予所述纸基材至少约200秒的hst值；

所述表面施胶层包括一种或多种至少约1磅/3000平方英尺(3msf)的量的表面施胶淀粉；和

(b)将疏水性着色涂层组合物施加到至少一个表面施胶层上，以在所述表面施胶层上形成至少一个具有小于约3的派克印刷平滑度值和每2分钟约50克/平方米或以下的cobb值的疏水性着色涂层，所述疏水性着色涂层组合物的涂布量为每3000平方英尺(3msf)所述纸基材约2至约20磅，所述疏水性着色涂层组合物包含：

纸颜料组分，其量为所述疏水性着色涂层组合物的约20％重量至约90％重量，且包含约20至100重量份数的片状矿物颜料和0至约80重量份数的非片状纸颜料；和

疏水性颜料粘合剂组分，其量为每100份所述纸颜料组分约10至约400份，所述疏水性颜料粘合剂组分包含一种或多种疏水性聚合物。

附图说明

将结合附图描述本发明，其中：

图1表示根据本发明的在纸基材的一个表面/侧上具有疏水性涂层/防潮涂层的疏水性涂布纸基材以及防潮涂布纸基材的一个实施方式的截面图；

图2是根据本发明的在纸基材的两个表面/侧上都具有疏水性涂层/防潮涂层的疏水性涂布纸基材以及防潮涂布纸基材的另一个实施方式的截面图；以及

图3是说明根据本发明的疏水性涂布纸基材以及防潮涂布纸基材的制备方法的一个实施方式的流程图。

具体实施方式

在描述本发明之前定义几个术语是有利的。应当理解，在整个本申请中使用以下定义。

定义

除非明确说明，否则当术语的定义与术语的常用含义不同时，申请人应该使用以下提供的定义。

为了本发明的目的，术语“纸基材”是指可以从混合物、配料等形成、产生、制造等的纤维纸幅，其包含纸纤维、内部施胶剂等加上任何其他任选的造纸添加剂例如纸填料、湿强剂、荧光增白剂等。纸基材可以是连续卷、离散片材等的形式。

为了本发明的目的，术语“纸纤维”是指可用于制备纤维纸幅的任何纤维材料。纸板制造纤维可以包括纸浆(木材)纤维(例如软木纤维和/或硬木纤维)、牛皮纸纤维(例如，由硫酸盐制浆法生产的纸浆纤维)，以及由苏打、亚硫酸盐、镁橄榄石、冷苏打、nssc等纸浆制造工艺制造的木材纤维，合成纤维，废纸纤维，再生纸纤维，来自大麻、黄麻、苎麻、亚麻、棉短绒、蕉麻、木材废料、秸秆、甘蔗渣、竹子、剑麻、合成(例如双组分)纤维等中的任何的纤维，以及这种纤维的任何组合。

为了本发明的目的，术语“纸板”是指包含厚度为约8至28密耳(点)如约12至约24密耳(点)的单层纸板的纸基材。纸板可以是连续卷、离散片材、包装材料坯料如用于制作杯子等的形式。

为了本发明的目的，术语“软木纤维”是指衍生自针叶树(裸子植物)的木质物质的纤维纸浆，所述针叶树如杉木、云杉、松树等品种，例如火炬松、砍伐松树、科罗拉多州云杉、香脂冷杉、道格拉斯冷杉、千斤顶、辐射松、白云杉、美国黑松(lodgepolepine)、红木等。可使用北美南方软木和北方软木以及来自世界其他地区的软木提供软木纤维。包含软木纤维趋向于在纸基材如纸板中赋予更大的弯曲刚度，但是在纸基材如纸板中倾向于赋予更粗糙和较不光滑的表面。

为了本发明的目的，术语“硬木纤维”是指衍生自落叶树(被子植物)的木本物质，如白桦木、橡木、山毛榉、枫树、桉树、杨树等的纤维纸浆。在纸基材如纸板中包含硬木纤维趋向于在纸基材如纸板中赋予更平滑的表面。

为了本发明的目的，术语“ctmp纤维”是指已经经过化学、热和机械处理的组合的化学热机械纸浆(ctmp)纤维。如本文所用，ctmp纤维是指通过化学、热和机械处理以这种处理的任何顺序处理的纤维，包括化学-热-机械(c-t-m)纸浆纤维，热-化学-机械(t-c-m)纸浆纤维，热-机械-化学(t-m-p)纸浆纤维，长纤维化学-机械纸浆/化学处理的长纸浆纤维(lfcmp/ctlf)等。关于用于制备ctmp纤维的化学热机械制浆(ctmp)的总体描述，参见g.a.smook，handbookforpulpandpapertechnologists(2^ndedition,1992)，第60-65页，其全部内容和公开内容通过引用并入本文。

为了本发明的目的，术语“漂白的ctmp纤维(也互换地称为bctmp纤维)”是指已进行一次或多次漂白处理的化学热机械纸浆(ctmp)纤维。

为了本发明的目的，术语“合成纤维”是指除木浆纤维之外的纤维(例如，除纸浆纤维之外)，且其可以由例如以下材料制得：乙酸纤维素，丙烯酸类，聚酰胺(如尼龙6，尼龙6/6，尼龙12，聚天冬氨酸，聚谷氨酸等)，聚胺，聚酰亚胺，聚酰胺，聚丙烯酸类(例如聚丙烯酰胺，聚丙烯腈，甲基丙烯酸和丙烯酸的酯等)，聚碳酸酯(例如聚双苯酚a碳酸酯，聚碳酸丙烯酯等)，聚二烯(例如聚丁二烯，聚异戊二烯，聚降冰片烯等)，聚环氧化物，聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸丁二醇酯，聚对苯二甲酸丙二醇酯，聚己内酯，聚乙交酯，聚丙交酯，聚羟基丁酸酯，聚羟基戊酸酯，聚己二酸乙二醇酯，聚己二酸丁二醇酯，聚琥珀酸丙二醇酯等)，聚醚(例如聚乙二醇(聚环氧乙烷)，聚丁二醇，聚环氧丙烷，聚甲醛(多聚甲醛)，聚四亚甲基醚(聚四氢呋喃)，聚表氯醇等)，聚氟烃，甲醛聚合物(例如尿素-甲醛，三聚氰胺-甲醛，酚甲醛等)，聚烯烃(例如聚乙烯，聚丙烯，聚丁烯，聚丁烯，聚辛烯等)，聚苯醚类(例如聚苯醚，聚苯硫醚，聚苯醚砜等)，含硅聚合物(例如聚二甲基硅氧烷，聚碳甲基硅烷等)，聚氨酯，聚乙烯类(例如聚乙烯醇缩丁醛，聚乙烯醇，聚乙烯醇的酯和醚，聚乙酸乙烯酯，聚苯乙烯，聚甲基苯乙烯，聚氯乙烯，聚乙烯吡咯烷酮，聚甲基乙烯基醚，聚乙基乙烯基醚，聚乙烯基甲基酮等)，聚缩醛，聚芳基类和共聚物(例如聚乙烯-共-乙酸乙烯酯，聚乙烯-共-丙烯酸，聚对苯二甲酸丁二醇酯-共-聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚月桂内酯-嵌段-聚四氢呋喃)，氯乙烯，再生纤维素如粘胶人造丝，玻璃纤维，陶瓷纤维，双组分纤维，三聚氰胺纤维(例如，由三聚氰胺-甲醛树脂获得的纤维)等。

为了本发明的目的，术语“双组分纤维”是指包含芯和鞘构型的合成纤维。这些双组分纤维的芯和鞘部分可以由各种聚合物制成。例如，双组分纤维可以包含可以具有pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或pp(聚丙烯)芯的pe(聚乙烯)或改性pe鞘。在一个实施方式中，双组分纤维可以具有由聚酯制成的芯和由聚乙烯制成的鞘。可替代的，可以采用具有pp(聚丙烯)或改性pp或pe鞘或者pp和改性pe的组合作为鞘或共聚酯鞘的多组分纤维，其中共聚酯是间苯二甲酸改性的pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，具有pet或pp芯，或者pp鞘-pet芯和pe鞘-pp芯和共-pe鞘纤维。双组分纤维可以使用各种几何构型，包括同心型、偏心型、海岛型、并排型等。双组分纤维的芯和鞘部分的相对重量百分比和/或比例也可以变化。

为了本发明的目的，术语“纸填料”是指可以是颗粒形式的无机材料，其可以降低纸基材的成本(单位重量)等。在本发明的实施方式中可以使用的纸填料可以包括例如碳酸钙，碳酸镁，氢氧化钙，铝酸钙，碳酸镁，云母，二氧化硅，氧化铝，砂，砾石，砂岩，石灰石，碎石，铝土矿，花岗岩，石灰石，玻璃珠粒，气凝胶，干凝胶，飞灰，热解法二氧化硅，熔融二氧化硅，片状氧化铝，高岭土，微球，中空玻璃球，多孔陶瓷球，陶瓷材料，火山灰材料，锆化合物，黑云母(结晶硅酸钙凝胶)，轻质膨胀粘土，珍珠岩，蛭石，水合或非水合水硬性水泥颗粒，浮石，沸石，剥离岩石等，及其混合物。某些纸填料如碳酸钙也可以用作纸颜料。

为了本发明的目的，术语“内部纸浆施胶剂”是指在形成纤维纸基材之前在造纸过程中包括、添加等的施胶剂。内部纸浆施胶剂通常通过使纸基材更疏水而抵抗水或其它液体渗透到纸基材中。合适的内部纸浆施胶剂可以包括非反应性表面施胶剂和反应性表面施胶剂。

为了本发明的目的，术语“非反应性内部施胶剂”(也互换地称为“本体内部施胶剂”)是指主要由于沉淀和静电吸引至纸纤维而被纸基材保留的内表面施胶剂，并且可以更适合于酸性制得的纸基材(即，由ph值在例如约3.5至约6.5范围内且可存在铝物质例如明矾的纸纤维配料制成的纸基材)。非反应性内表面施胶剂可以包括例如以下中的一种或多种：基于松香的施胶剂(例如，从软木物质的硫酸盐制浆中产生的“妥尔油”中分离的松香酸形成的施胶剂，且其含有松香酸和相关化合物，并且其可以用富马酸处理以将至少一些松香酸和相关化合物转化为被称为“强化松香”的三羧酸物质)，如松香乳液施胶剂(即，利用乳化剂或稳定剂如酪蛋白或其它阳离子聚电解质将松香酸溶解、分散、稀释等以形成液体)，松香皂施胶剂(例如松香酸的盐，其可以在如明矾的铝物质存在下“固化”，以提供水可溶性或水分散性固体)；蜡乳液施胶剂(例如，悬浮在水性(水)相中的蜡颗粒，如来自聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、大巴木、其它天然或合成蜡等)；关于松香施胶剂和其他非反应性内部施胶剂的总体描述，参见g.a.smook,handbookforpulpandpapertechnologists(2^ndedition,1992)，第221页，其全部内容和公开内容通过引用并入本文。

为了本发明的目的，术语“反应性内部施胶剂”是指通过与纸纤维反应由纸基材保留的内部施胶剂，并且可以更适合于碱性制得的纸基材(即，由ph在例如约7至约9范围的纸纤维配料制成的纸基材)。反应性内部施胶剂可以包括以下中的一种或多种：烷基烯酮二聚体(akd)，烯基琥珀酸酐(asa)等。关于反应性内部施胶剂的总体描述，参见seeg.a.smook,handbookforpulpandpapertechnologists(2^ndedition,1992)，第222页，其全部内容和公开内容通过引用并入本文。

为了本发明的目的，术语“表面施胶淀粉”是指用于纸基材的表面施胶剂，其包含一种或多种天然淀粉(即，从植物来源获得的未改性淀粉，如玉米、小麦、水稻、马铃薯、木薯等)，如谷物淀粉(例如玉米淀粉、小麦淀粉、大米淀粉、马铃薯淀粉、燕麦淀粉、黑麦淀粉、大麦淀粉、高粱淀粉等)和非谷物淀粉(例如，木薯淀粉等)，改性天然淀粉(例如乙基淀粉，氧化淀粉如氧化玉米淀粉等)，或其组合。改性淀粉(例如，氧化淀粉如氧化玉米淀粉)可以通过在纸张施胶淀粉领域中已知的一种或多种化学处理获得，例如通过氧化将一些-ch2oh基团转化成-cooh基团等。在一些情况下，改性淀粉可能具有小比例的乙酰基。或者，可以对淀粉进行化学改性以使其呈阳离子性(即阳离子淀粉)或两性(即两性淀粉)，即阳离子和阴离子电荷两者。改性淀粉还可以包括转化成淀粉醚的淀粉，或者由用例如-och2ch2oh基团(即羟乙基化淀粉)、-och2ch3基团(即乙基淀粉)、-och2ch2ch2oh(即丙基淀粉)等代替一些-oh基团的羟烷基化淀粉。

为了本发明的目的，术语“非淀粉疏水性表面施胶剂”是指除了表面施胶淀粉之外的表面施胶剂，其可以任选地包括在施加到、添加到等所形成的纤维纸基材的表面的表面施胶层中。非淀粉表面疏水性施胶剂通常用更疏水的膜覆盖纸基材来防止水或其它液体(例如通过提供防水性)渗透到纸基材中，以便例如：(1)当施加疏水性着色涂料(hpc)层时，限制随后所施加的hpc层渗透到纸基材中，因此较少的hpc在纸基材的内部损失，和(2)通过促进纸基材的防水(抵抗)性能，表面施胶层可能有助于由hpc层提供的益处，因此可能需要更薄的hpc层以实现相同或相似的cobb值(如下所定义)。合适的非淀粉疏水性表面施胶剂可以是例如酸酐，二聚体，聚合物，共聚物，聚合物胶乳等，并且可以包括例如一种或多种：苯乙烯-马来酸酐(sma)共聚物；苯乙烯-丙烯酸(sa)共聚物，如苯乙烯-丙烯酸(saa)共聚物；烷基化三聚氰胺；基于松香的施胶剂(例如松香乳液施胶剂，松香皂施胶剂等)；苯乙烯-丁二烯(sb)共聚物；丙烯腈-丁二烯(ab)共聚物；烷基烯酮二聚体(akd)；聚丙烯酰胺聚合物或共聚物等。

为了本发明的目的，术语“hercules施胶试验”或“hst”是指抵抗例如酸性水溶液渗透穿过纸的测试。可以使用tappi标准方法530pm-89的程序测量hst。参见2004年7月20日颁布的美国专利第6,764,726号(yang等)，其全部公开内容及其内容通过引用并入本文。hst值是按照tappi标准方法号t-530pm-89中所述的惯例，使用30％甲酸油墨和80％反射率终点进行测量。所测量的hst值反映出纸基材中和/或其上存在的施胶剂的相对水平。

为了本发明的目的，术语“纸颜料”是指矿物颜料(例如，碳酸钙，粘土(例如高岭土)，滑石等)，以及非矿物材料(例如塑料颜料等)，其可以用于造纸以降低每单位质量纸基材的材料成本，增加不透明度，增加平滑度等。矿物颜料可以细磨成例如约0.5至约5微米的尺寸范围，可以是片状矿物颜料等。

为了本发明的目的，术语“片状矿物颜料”是指结构为片状且由具有大于约2、例如大于约5、例如在约10至约60范围内(例如约20至约40)的高纵横比(粒子的宽度与厚度之比)的薄的、不规则的片状颗粒组成的矿物(纸)颜料。片状矿物颜料可以包括以下中的一种或多种：分层粘土，高岭土，滑石，蒙脱石，多水高岭土，绿坡缕石，伊利石，天然和合成云母，如白云母、金云母、黑云母，钡二硅酸盐等。关于片状矿物颜料与非片状矿物颜料的区别的描述，参见2008年1月22日发布的共同让与的美国专利第no.7,320,825(morabito)，其全部内容和公开内容通过引用并入本文。

为了本发明的目的，术语“非片状纸颜料”是指结构上不是片状并且可以包括细碎的颗粒的矿物颜料(例如碳酸钙等)以及非矿物颜料(例如塑料颜料等)。非片状颜料可以包括以下中的一种或多种：碳酸钙颜料(包括gcc，pcc等)，二氧化钛颜料，硫酸钡颜料，二氧化硅颜料，沸石颜料，塑料颜料，等等。

为了本发明的目的，术语“碳酸钙”是指可以用作纸颜料的各种碳酸钙，例如沉淀碳酸钙(pcc)，研磨的碳酸钙(gcc)，改性的pcc和/或gcc等。

为了本发明的目的，术语“沉淀碳酸钙(pcc)”是指可以通过沉淀反应制造并可用作纸颜料的碳酸钙。pcc可以几乎完全为caco3的方解石晶体形式。根据生产条件，方解石晶体可能具有几种不同的宏观形状。沉淀碳酸钙可以通过氢氧化钙的水性浆液(“石灰乳”)用二氧化碳(co2)气体的碳酸化来制备。用于获得pcc的原料可以包括石灰石，但也可以被煅烧(即，加热以驱除co2)，从而产生煅烧石灰cao。可添加水以熟化石灰，随后产生的“石灰乳”ca(oh)2的悬浮液暴露于co2气泡中。在加入co2期间的冷温度趋于产生菱面体(块状)pcc颗粒。加入二氧化碳期间的较暖温度趋于产生锥形(玫瑰花形)pcc颗粒。在任一种情况下，在石灰乳已有效转化为caco3的最佳ph下且在co2的浓度变得足够高以酸化所述悬浮液并造成其一些重新溶解之前结束反应。在其中pcc不被持续搅拌或储存多天的情况下，可能需要加入多于痕量的这种阴离子分散剂如多磷酸盐。湿pcc可能具有弱的阳离子胶体电荷。相反，取决于是否使用分散剂，干燥的pcc可能类似于大多数研磨caco3产物具有负电荷。碳酸钙可以以三种不同的晶体形式从水溶液中沉淀：热力学不稳定的球霰石形式，最稳定和最丰富的方解石形式，以及在温度和压力的正常环境条件下亚稳态的霰石形式，但可能在升高的温度下转化为方解石。霰石形式具有斜方形状，其结晶为可以聚集或未聚集的长的细针。方解石形式可以以几种不同的形式存在，其中最常见的是具有可以是聚集或未聚集的晶体的菱形形状，并且具有通常未聚集的晶体的偏三角形形状。

为了本发明的目的，术语“基重”是指通过tappi测试t410测定的包含纸基材且有或没有层或涂层的材料的片材、辊等的克重。参见g.a.smook,handbookforpulpandpapertechnologists(2^ndedition,1992),第342页,表22-11，其全部内容和公开内容通过引用并入本文，其描述了测量基重的物理测试。纸基材的基重实质上是每单位面积的纸基材的密度的量度，本文以磅/3000平方英尺(3msf)为单位来反映。本文使用的合适的基重在约105至约300磅/3000平方英尺(3msf)，如约140至约250磅/3000平方英尺(3msf)的范围内。

为了本发明的目的，术语“厚度”是指在压光之前或之后有或没有层、涂层等的材料(例如包含纸幅、纸基材等的材料)的片材、纸幅、基材等的厚度(以密耳表示)，如通过在定义压力下测量平滑的平板之间的距离所测定。

为了本发明的目的，术语“密耳”以常规意义上使用千分之一英寸，并且在本文中也可以互换地称为“点”。

为了本发明的目的，术语“md”是指纸基材的机器方向，即在纸基材在其形成过程中移动方向的传统造纸方面使用。

为了本发明的目的，术语“cd”是指跨机器方向，即在常规造纸方面使用横向(例如，垂直于机器方向(md))的方向。

为了本发明的目的，术语“固体基准”是指组合物等中存在的各固体材料(例如纸纤维，内部施胶剂，表面施胶剂，纸颜料，涂层材料，聚合物等)中的每一个在不存在任何液体(例如水，其它溶剂等)的情况下的重量百分比(或份数)。除非另有说明，本文给出的固体材料的所有百分比和份数均为固体基准。

为了本发明的目的，术语“磅/3000平方英尺(与术语磅/3msf互换地使用”)是指每单位表面积(3000平方英尺或3msf)的组合物、化合物、层、组分、材料等施加到其、施加在其上等的层、纸基材、涂层等的一侧、表面的组合物、化合物、层、组分、材料等的量(以lb计)。

为了本发明的目的，术语“固体含量”是指存在于组合物等中的非挥发性、非液体组分(以重量计)的百分比。

为了本发明的目的，关于涂层和用于提供这种涂层的组合物的术语“施加”可以包括添加、沉积、喷涂、涂抹、铺展、擦拭、浸涂、浸渍、印刷等等。

为了本发明的目的，术语“cobb值”是指纸基材/涂布纸基材的吸水率的量度。cobb值通过标准测试方法如tappit-441在特定条件下反映在特定时间段内由纸基材/涂布纸基材的1m²样品吸收的水的质量。对于本发明的涂布纸基材的实施方式，cobb值可以在2分钟或30分钟的时间内测量，这取决于所涉及的涂布纸基材。

为了本发明的目的，术语“纸平滑度”是指纸基材表面、施胶表面层表面、涂层表面等偏离平面或基本上平坦表面的程度，如由纸基材/涂层的深度、纸基材/涂层宽度、离开该平坦表面的量等所影响。纸平滑度可以在派克印刷平滑度(parkerprintsmoothness(pps))方面根据tappi测试方法t555om-9以10kgf/cm²的夹紧压力测量。派克印刷平滑度(pps)值反映了纸板或涂层表面的“微观粗糙度”。派克印刷平滑度值越高，纸张基材表面、涂层表面等越粗糙。相反，pps值越低，纸基材表面、涂层表面等越平滑。纸平滑度也可以用谢菲尔德平滑度(sheffieldsmoothness)值进行测量。谢菲尔德平滑度值可以通过谢菲尔德单位(su)中的tappi测试方法t538om-01来测量。

为了本发明的目的，术语“液体”是指非气态流体组合物、化合物、材料等，其可以在使用温度(例如室温)下容易地流动，具有少量或没有分散的趋势和相对高的压缩性。

为了本发明的目的，术语“室温”是指室温的普遍接受的含义，即20℃至25℃的环境温度。

为了本发明的目的，术语“表面施胶剂组合物”(在某些实施方式中也称为“施胶压榨组合物”)是指施胶组合物，其包含：一种或多种表面施胶淀粉；任选地一种或多种非淀粉疏水性表面施胶剂；任选地一种或多种纸颜料等，以及一种或多种其它任选的成分如颜料粘合剂(例如聚乙烯醇，聚乙酸乙烯酯，聚乙烯吡咯烷酮聚合物或共聚物等)、交联剂(例如乙二醛，铵锆碳酸酯(azc)，碳酸锆钾(kzc)等)、流变改性剂、消泡剂等。

为了本发明的目的，术语“表面施胶层”(在一些实施方式中也称为“施胶压榨层”)是指在纸基材的一个或两个表面/侧上(即，邻近)施加表面施胶组合物形成的一个或多个层。

为了本发明的目的，术语“纸表面施胶装置”是指可用于处理表面施胶组合物处理、将其施加、涂布至纸基材的一个或多个表面的那些装置、装备、机器等。纸表面施胶装置可以包括气刀式涂布机、棒式涂布机、刮刀式涂布机、施胶机、浸渍式涂布机、狭缝挤出涂布机等。关于可用于本文的施胶机、涂布机等的总体描述，参见seeg.a.smook,handbookforpulpandpapertechnologists(2^ndedition,1992)，第283-94页，其全部内容和公开内容通过引用并入本文。施胶机可以包括压浆施胶机、计量施胶机等。关于可用于本文的施胶机的总体描述，参见g.a.smook,handbookforpulpandpapertechnologists(2^ndedition,1992)，第283-85页，其全部内容和公开内容通过引用并入本文。

为了本发明的目的，术语“浸压式施胶机”是指具有溢流辊隙(池)的施胶机，也称为“压浆施胶机”。浸压式压榨机可以包括垂直施胶机、水平施胶机等。

为了本发明的目的，术语“计量施胶机”是指包括用于铺展、计量等在纸基材侧或表面上所沉积、施加等的表面施胶组合物的组件的施胶机。计量施胶机可以包括棒式计量施胶机、浇口辊式计量施胶机、刮刀式计量施胶机等。

为了本发明的目的，术语“棒式计量施胶机”是指使用棒以将表面施胶剂组合物铺展、计量等在纸基材表面上的计量施胶剂。棒相对于纸基材可以是静止或移动的。

为了本发明的目的，术语“浇口辊式计量施胶机”是指可以使用浇口辊、转移辊、软施加辊等的计量施胶机。浇口辊、转移辊、软施加辊等可相对于纸基材静止，可相对于纸基材旋转等。

为了本发明的目的，术语“刮刀式计量施胶机”是指可使用刮刀以将表面施胶剂组合物铺展、计量等在纸基材表面上的计量压榨机。

为了本发明的目的，术语“疏水性着色涂料组合物”(也可互换地称为“疏水性底涂层组合物”)是指涂料组合物，其包含：纸颜料组分，疏水性颜料粘合剂组分等，以及一种或多种任选的组分，如水分散性乳液聚合物(如下所述)、流变改性剂、荧光增白剂(oba)、消泡剂、分散剂等。

为了本发明的目的，术语“疏水性着色涂层”(也可互换地称为“疏水性底涂层”或“hpc层”)是指通过施加疏水性颜料涂层组合物在表面施胶层的一个或两个表面上(即，邻近)所形成的一个或多个层。可用于施加这些疏水性着色涂层的装置可以包括以下中的一种或多种：气刀式涂布机，棒式涂布机，刮刀式涂布机，帘式涂布机，级联式涂布机，浸渍式涂布机，狭缝挤出涂布机等。

为了本发明的目的，术语“纸颜料组分”是指包含一种或多种片状矿物颜料、任选地一种或多种非片状纸颜料等的纸颜料组分。

为了本发明的目的，术语“疏水性颜料粘合剂组分”是指用于颜料组分的包含一种或多种疏水性聚合物的粘合剂组分。这些疏水性聚合物可以是胶乳形式，可以是均聚物或共聚物，并且可以包括一种或多种：苯乙烯-丁二烯(sb)共聚物；苯乙烯-丙烯酸(sa)共聚物；苯乙烯-丙烯酸-丙烯腈(san)共聚物；聚乙酸乙烯酯聚合物；聚乙烯(pe)聚合物，包括其共聚物；聚丙烯(pp)聚合物，包括其共聚物；聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)聚合物，包括其共聚物；蜡；聚氨酯聚合物；环氧树脂；等等。

为了本发明的目的，术语“防潮涂层组合物”(也可互换地称为“顶涂层组合物”)是指赋予涂布纸基材防潮(疏水性)优点的水性乳液涂层组合物，其包含：一种或多种水分散性乳液聚合物；水性溶剂(例如水)等；以及一种或多种任选的成分，如流变改性剂，消泡剂，摩擦系数(cof)改性剂，热封助剂，粘合助剂，用于抑制涂布纸基材的表面粘合在一起(例如，在辊中取出或拉出期间，在成型为涂布纸基材卷等期间)的防粘剂(其可以包括颜料)等。

为了本发明的目的，术语“防潮涂层”(也可以互换地称为“顶涂层”)是指由防潮涂层组合物形成的一个或多个外层，并且其中通过施加防潮涂层组合物在疏水性着色涂层上(即，邻近)形成一个或多个外层。这种防潮涂层也可以是可热封的，从而通过使用例如标准的热封杯形成装置，可以将所得到的防潮涂层纸基材用于制造例如一次性杯子。

为了本发明的目的，术语“水分散性乳液聚合物”是指可分散在水性溶剂(例如水)中以形成水性聚合物乳液且当干燥(加热)时可热封的疏水性防潮层的聚合物或共聚物。这些水分散性乳液聚合物应提供在造纸中使用的正常干燥温度下聚结成连续膜的聚合物颗粒，应当与例如低密度聚乙烯(ldpe)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)等相当或在其范围内的温度和密封时间下可热封，应当对于与食品或饮料接触是安全的(对于与食品或饮料一起使用的涂布纸基材的那些实施方式)。适用于本发明的实施例的水分散性乳液聚合物可以包括以下中的一种或多种：聚乙烯(pe)聚合物(例如低密度聚乙烯(ldpe))，包括其共聚物；聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)聚合物，包括其共聚物；聚羟基链烷酸酯(pha)聚合物；聚乳酸(pla)聚合物；聚乙醇酸(pga)聚合物；聚乙酸乙烯酯聚合物；蜡；聚氨酯聚合物；环氧树脂；等等。

为了本发明的目的，术语“聚乙烯(pe)聚合物”是指可以是低密度(ldpe)或高密度(hdpe)的聚乙烯(pe)聚合物或共聚物，并且其可形成为用于提供防潮涂层的乳液。合适的市售pe聚合物乳液可以包括可购得的高密度聚乙烯(hdpe)以及低密度聚乙烯(ldpe)乳液，例如来自michelman的涂层x300、来自omnova的md-80、来自bercen的berchem4000等。

为了本发明的目的，术语“聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)聚合物”是指可以形成为用于提供防潮涂层的乳液的聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)聚合物或共聚物。合适的市售pet聚合物乳液或改性pet乳液可以包括来自akzonobel的evcotewaterbarrier3000，来自sustainablefiber的sfs230hs和250hs等。

为了本发明的目的，术语“聚羟基链烷酸酯(pha)聚合物”是指可生物降解的热塑性脂肪族聚酯，其可以通过相应的单体羟基脂肪族酸(包括羟基脂肪酸的二聚体)的聚合，通过淀粉、糖、脂质等的细菌发酵产生。pha可以包括以下中的一种或多种：聚-β-羟基丁酸酯(phb)(也称为聚-3-羟基丁酸酯)，聚-α-羟基丁酸酯(也称为聚-2-羟基丁酸酯)，聚-3-羟基丙酸酯，聚-3-羟基戊酸酯，聚-4-羟基丁酸酯，聚4-羟基戊酸酯，聚5-羟基戊酸酯，聚-3-羟基己酸酯，聚-4-羟基己酸酯，聚6-羟基己酸酯，聚羟基丁酸酯-戊酸酯(phbv)，等等，包括不同pha聚合物等的共聚物，共混物，混合物，组合等。pha可以通过例如以下中所公开的方法合成：美国专利2007年9月11日授权的no.7,267,794(kozaki等人)，美国专利2007年10月2日授权的no.7,276,361(doi等人)，美国专利2007年4月24日授权的no.7,208,535(asrar等人)，美国专利2007年2月13日授权的no.7,176,349(dhugga等人)，和美国专利2006年4月11日授权的no.7,025,908(williams等人)，上述文献的全部公开内容和内容通过引用并入本文。

为了本发明的目的，术语“聚乳酸或聚丙交酯(pla)聚合物”是指由乳酸或乳酸源例如可再生资源如玉米淀粉、甘蔗等形成的可生物降解的热塑性脂肪族聚酯。术语pla可以指pla的所有立体异构形式，包括l-或d-丙交酯，以及包含l-和d-丙交酯的外消旋混合物。例如，pla可以包括d-聚乳酸、l-聚乳酸(也称为plla)、d,l-聚乳酸、内消旋聚乳酸，以及d-聚乳酸、l-聚乳酸、d,l-聚乳酸和内消旋聚乳酸的任何组合。可用于本文的pla聚合物可具有例如约15,000至约300,000的数均分子量。在制备pla聚合物时，可以使用细菌发酵来生产乳酸，其可以是低聚的，然后催化二聚，以提供用于开环聚合的单体。pla聚合物可以通过使用例如辛酸亚锡催化剂、氯化锡(ii)等的单体的开环聚合以高分子量形式制备。

为了本发明的目的，术语“聚乙醇酸或聚乙交酯(pga)聚合物”是指可生物降解的热塑性脂肪族聚酯，其可以由乙醇酸或乙醇酸源通过乙醇酸缩聚、通过环乙醇酸的开环聚合、通过卤代乙酸酯的固态缩聚等制备。参见上述pla聚合物的制备说明。

为了本发明的目的，术语“可再循环”是指可以按原样或在再处理之后(例如堆肥、其他化学加工等)重新用于制备新的组合物、化合物、物质、材料、纸基材等的组合物、化合物、物质、材料、纸基材(例如，涂布纸基材)等。术语“可再循环”包括术语“可再制浆”。

为了本发明的目的，术语“可再制浆”是指可以按原样或后处理之后(例如堆肥、其他化学加工等)重新用于造纸的组合物、化合物、物质、材料、纸基材(例如涂布纸基材)等。

为了本发明的目的，术语“压光”是指用于使所压光的材料例如涂布纸基材的表面平滑的传统造纸方法。例如，压光可以涉及使用压力(和任选地温度和湿度)来平滑较粗糙表面的过程。压光可以在压光机上进行，压光机可以包括在例如造纸机(在线)的端部或者与造纸机器分离(离线)的一系列压光辊。压光可以包括超级压光、热软压光、湿度梯度压光、延伸辊隙压光、带式压光等。关于压光以及本文可用的用于实施压光的装置的总体描述，参见g.a.smook,handbookforpulpandpapertechnologists(2^ndedition,1992)，第273-78页，其全部内容和其公开的内容通过引用并入本文。

为了本发明的目的，术语“包含”是指在本发明的实施方式中可以联合使用的各种化合物、组分、聚合物、成分、物质、材料、层、步骤等。因此，术语“包含”涵盖更严格的术语“基本上由...组成”和“由...组成”。

为了本发明的目的，术语“和/或”是指在本发明的实施方式中可以使用各种组合物、化合物、聚合物、成分、物质、材料、层、步骤等中的一种或多种。

描述

作为用聚乙烯层压或用蜡涂覆以改善纸基材、特别是在用作制造用于“热”或“冷”饮料或食品产品的杯子的杯状体的纸板的防水性和防潮性(在本文中也称为“防水性”)的替代方案，纸板可以涂覆水性聚合物乳液(通常称为“顶涂层”)，如水性聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)乳液，以提供这种防水性和防潮性。由这样的聚合物乳液形成的顶涂层应当期望地提供具有足够的抵抗水的光滑表面，还期望使用最少量的这种水性聚合物乳液来涂覆纸板的表面，从而形成连续的疏水性防潮层。纸板上的这种顶涂层提供防潮层的同时，仍然应该提供涂布纸板粘合连接在一起(例如热封、胶合等)以通过使用纸板的这种粘合连接形成例如杯子或类似的容器、包装等的能力。

在用这种水性聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)乳液顶涂层提供这种防潮层的同时，也希望纸板的表面尽可能平滑。较粗糙的纸板表面可能需要更多的顶涂层制剂来制造连续膜，因为顶涂层制剂可能需要填充在存在于纸板表面中的所有凹陷、凹坑、空隙、裂纹、孔、针孔等中，使得涂层是连续的而没有这种凹陷、凹坑、空隙、裂缝、孔、针孔等，但是具有最小涂层厚度以产生湿气(水)阻隔。此外，纸板表面本身可能需要足够的防水性。因为顶涂层制剂是水性混合物，如果纸板表面没有足够的防水性，顶涂层制剂也可以被吸收到纸板中。由此，可能需要将更多的顶涂层配方施加到纸板表面以形成连续的膜而没有这种凹陷、凹坑、空隙、裂缝、孔、针孔等，以及具有产生湿气(水)阻隔所需的最小厚度，以补偿可能吸收到纸板中的顶涂层制剂。因此，可能需要处理纸板表面以最小化纸板对顶涂层制剂的吸收。

在处理纸板以抑制这种顶涂层制剂的吸收时，希望可以通过施胶机和/或纸涂布机施加这种处理。这种施胶机或涂层制剂可能需要足够的固体和粘度，以便与纸板机常用的施胶机和涂布设备一起良好工作。还可能需要相对快速且足够充分地干燥施胶机和/或涂层制剂，使得所形成的涂层不被剥离或拉断，或当在纸板制造机的端部卷起成卷时变得“堵塞”(即，成品纸板的正面在涂覆后粘贴到纸背面)。

对此问题的一个尝试的先前的解决方案涉及使用具有较高水平的内部施胶剂的纸板(杯状体)来提供防水性。但是较高水平的内部施胶剂单独不能起作用，因为所得到的纸板表面可能仍然过于粗糙(例如，成品纸板表面的派克印刷平滑度大于约3)，并且可能具有过多的凹陷、凹坑、空隙、裂缝、孔、针孔等，其可以吸收顶涂层制剂，从而再次增加实现不含这种凹陷、凹坑、空隙、裂纹、孔、针孔等以及足够的厚度的连续顶涂层膜所需的顶涂层制剂的量，以提供所需的耐潮(水)性，以使得例如由这种涂布纸板形成的杯可以含有“冷”饮料而不会失去结构完整性(由于湿气冷凝和吸收)，并且最终对于使用者持有而言变得太软。

已经尝试的另一种解决方案是使用用于柔版印刷和/或胶版印刷的标准纸板涂层涂布纸板。但是，由于这种涂层的孔隙度可能是良好的可印刷性所必需的，因此已经发现这些涂层在通过脱机涂布施加水性乳液顶涂层时，提供不足的防水性。

另一个先前解决这个问题的尝试是尝试用聚合物胶乳含量较高的脱机涂层来涂布现有纸板，以填充涂层制剂颜料颗粒之间的这种凹陷、凹坑、空隙、裂纹、孔、针孔等。这种较高聚合物胶乳涂层制剂可用于脱机涂布机，但是也倾向于在纸板机上引起“堵塞”(如上所述)，由于涂布纸板的较高胶乳含量和较高热含量当其卷绕在纸板机端部的卷轴上时。相反，施胶机或涂层制剂应该理想地具有适当水平的固体和粘度，以便与纸板机常用的施胶机和涂布设备一起良好工作。此外，施胶机和/或涂层制剂应能够足够快速而充分地干燥，使得所述制剂不会例如在所述辊上被剥离或拉断，或引起“堵塞”(如上所述)。

用于纸板的现有防潮疏水性涂层的其他问题包括这些涂层相当厚(例如，约0.5至约2密耳厚)，以及使得涂布纸板难以再循环或甚至不可再循环，以及难以用标准造纸机械或设备再制浆或甚至无法再制浆。例如，具有层压聚乙烯(pe)膜的现有涂覆纸板不可再制浆，因为这些层压聚乙烯(pe)膜纸板在再制浆单元中不能被研磨，并且当添加酸或碱时也不会软化(如其它纸成分一样)。由于这些涂布纸板通常用于制造一次性制品，如饮料杯、食物托盘等，所以涂布纸板可以是可再循环的以及可再制浆的是重要的。这意味着施加于纸板以改善防水性的疏水性涂层不仅是可再循环的，而且还可以用标准造纸机械或设备进行再制浆，所述造纸机械或设备可以包括施胶机、涂布机等。此外，再循环和再制浆任何在涂布纸板的制造期间产生的废料的能力也是期望的。

因此，本发明的涂布纸基材(例如，涂布纸板)的实施方式提供了改善的纸板防水性、更平滑的纸板表面、在纸板机上耐“堵塞”的涂布纸板等。改善的防水性是通过在涂布纸板中提供：(1)在纸基材(例如纸板)中较高水平的内部施胶剂，即足以赋予至少约200秒的hst值；(2)表面施胶组合物，其含有一种或多种表面施胶淀粉(例如乙基淀粉，氧化玉米淀粉等)，任选地一种或多种非淀粉疏水性表面施胶剂(例如苯乙烯-马来酸酐(sma)共聚物，苯乙烯-丙烯酸(sa)共聚物(例如苯乙烯-丙烯酸(saa)共聚物；烷基化三聚氰胺；松香施胶剂(例如松香乳液施胶剂，松香皂施胶剂等)；苯乙烯-丁二烯(sb)共聚物；丙烯腈-丁二烯(ab)共聚物，烷基烯酮二聚体(akd)，聚丙烯酰胺聚合物或共聚物等)以提高疏水性，但降低所需的表面施胶组合物的涂布量和/或所需的疏水性颜料涂层的涂布量，和任选地一种或多种纸颜料(例如，片状矿物颜料如粘土和/或滑石)，其施加到具有较高水平的内部施胶剂的纸基材(例如纸板)的一个或两个表面上；和(3)疏水性颜料涂层组合物，其含有较高水平的片状矿物颜料(例如粘土等)的纸颜料组分和疏水性胶乳聚合物(例如，包含苯乙烯-丁二烯(sb)共聚物、苯乙烯-丙烯酸(sa)共聚物、苯乙烯-丙烯酸-丙烯腈(san)共聚物等的胶乳)。疏水性颜料涂层组合物(和任选地表面施胶组合物)提供可以覆盖纸基材(例如纸板)表面中的凹陷、凹坑、空隙、裂纹、孔、针孔等的片状颜料颗粒，从而产生更平滑的涂布纸基材(例如纸板)表面用于在压光之后随后施加顶涂层乳液制剂。因此，压光可以压缩组合的表面施胶剂/疏水性颜料涂层，从而降低组合的表面施胶剂/疏水性颜料涂层的孔隙率，从而增加所得到的涂布纸基材(例如纸板)的平滑度和防水性。

片状纸颜料如粘土、滑石等也提供了水渗透的曲折路径，使得疏水性颜料涂层组合物(和在一些实施方式中，表面施胶组合物)能够提供改善的防水性。非淀粉疏水性表面施胶剂如苯乙烯-马来酸酐(sma)是成膜的，因此有助于为表面施胶组合物提供改善的防水性。这种表面施胶组合物可以用计量式施胶机施加，其可以为纸基材(例如纸板)表面上的表面施胶涂料组合物提供更好的抵抗。在较高固体含量(例如，在表面施胶组合物中固体含量为约12％以上)和较高吸收的表面施胶剂组合物下，表面施胶组合物可以提供更好的防水性，保持表面施胶组合物更接近纸基材(例如纸板)表面，并有助于填充纸基材(例如纸板)表面上的一些凹陷、凹坑、空隙、裂纹、孔、针孔等。用于疏水性颜料粘合剂组分中并且存在于疏水性颜料涂层组合物中的疏水性(胶乳)聚合物(并且可以是例如苯乙烯-丁二烯(sb)共聚物，苯乙烯-丙烯酸(sa)共聚物，或者含有丙烯腈的苯乙烯-丙烯酸(san)共聚物，如约5至约30％的共聚物为丙烯腈)也有助于改善疏水性颜料涂层组合物的防水性。还可以通过在疏水性颜料涂层组合物中包括一种或多种水分散性乳液聚合物来提供额外的防水性，例如每100份纸颜料组分约2至约10份(固体基准)水性含聚乙烯(pe)乳液。在疏水性颜料涂层组合物中包含水分散性乳液聚合物如含pe乳液，可有助于降低还包含这种水分散性乳液聚合物的水性乳液顶涂层组合物的毛细管吸收，以及降低当在造纸机上卷绕成卷材时疏水性颜料涂层引起“堵塞”(如上所述)的倾向。

本发明的可实现这些防水性改善的涂布疏水性纸基材的实施方式以及本文所述的其它有益性质包含具有第一表面和第二表面的纸基材。纸基材可以是纸板(例如杯状体)的形式，其具有在约8至约28密耳如约12至约24密耳范围内的第一至第二表面的厚度。纸基材包含纸基材的至少约70％重量的纸纤维，例如至少约80％重量的纸纤维，如至少约97％的纸纤维。(除了内部施胶剂之外，除纸纤维之外的纸基材的其余部分还包括纸填料如碳酸钙等，灰分等)。纸纤维可以包括例如约20％重量至100％重量(例如约30％重量至约90％重量)的软木纤维和0至约80％重量(例如约10％重量至约70％重量)的硬木纤维。纸纤维还可以任选地包含例如约2％重量至约8％重量如约4％重量至约6％重量的量的合成(例如双组分)纤维。

纸基材还包括内部纸施胶剂(如上所述)，其量足以赋予该纸基材至少约200秒的hst值，例如约200至约1000秒的hst值，如约300至约700秒的hst值。例如，当使用非反应性内部施胶剂如树脂乳液施胶剂、松香皂施胶剂、蜡乳液施胶剂等时，内部施胶剂的量可以例如在纸基材的约0.2％重量至1.5％重量的范围内，如纸基材的约0.5％重量至约1％重量。

本发明的涂布疏水性纸基材的实施方式还包括在第一或第二表面的一个上、或者在一些实施方式中在纸基材的第一或第二表面两者上(即，邻近)的表面施胶层。表面施胶层以纸基材的至少约1磅/3000平方英尺(3msf)的量存在，例如纸基材的约1至约6磅/3msf，如约2磅/3msf至约4磅/3msf。表面施胶层包含一种或多种表面施胶淀粉(如上所述)。纸表面施胶淀粉的量可以是例如至少约1磅/3000平方英尺(3msf)，如在约1至约6磅/3msf的范围内(例如，约2至约4磅/3msf)。在一些实施方式中，该表面施胶层还可以具有(在例如压光之后)小于约6如小于约5的纸平滑度值(在派克印刷平滑度值方面)。

为了增加表面施胶层的疏水性以及降低涂布量，表面施胶层还可任选地包含非淀粉疏水性表面施胶剂(如上所述)。非淀粉疏水性表面施胶剂可以以每100份表面施胶淀粉例如约1至约10份如2至约5份的量存在于表面施胶层中。为了通过填充凹陷、凹坑、空隙、裂缝、孔、针孔等来提供额外的平滑度益处，表面施胶层还可以进一步包含一种或多种纸颜料，例如片状矿物颜料，如粘土、滑石、云母等，包括这种片状矿物颜料的混合物，例如粘土和滑石的混合物，以及非片状纸颜料如研磨碳酸钙(gcc)、沉淀碳酸钙(pcc)、塑料颜料等，包括片状矿物颜料和非片状纸颜料的混合物。这些纸颜料可以在每100份表面施胶淀粉中以1至约50份如1至约30份的量存在于表面施胶层中。表面施胶层(或形成这种层的表面施胶组合物)还可以进一步包含其它任选的成分，如颜料粘合剂、交联剂、流变改性剂、消泡剂等。

本发明的涂布疏水性纸基材的实施方式还包含在至少一个(即，一个或两个)表面施胶层(即，一个表面施胶层或两个表面施胶层)上(即相邻)的至少一个疏水性着色涂层(例如一个或两个这种层)。所述至少一个疏水性涂层赋予以下值中的一个、两个或全部值：每2分钟约50克/平方米或以下的cobb值，例如每2分钟约45克/平方米或以下，如每2分钟约10至约40克/平方米。在一些实施方式中，疏水性涂层还可以赋予至少约500秒，例如约500至约5000秒如约600至约1000秒的hst值。

在施用之后(并且例如在压光之后)，至少一个疏水性涂层也具有在派克打印平滑度(pps)值方面小于约3、如小于约2的的纸平滑度值。在一些实施方式中，该至少一个疏水性涂层(在例如压光之后)还具有在谢菲尔德单位(su)值方面小于约150如小于约100的纸平滑度值。

疏水性着色涂层是以纸基材的约2至约20lb/3000平方英尺(3msf)的涂布量存在于每一个上。在表面施胶层上存在一个疏水性着色涂层的情况下，涂布量可以在例如约2至约10lb/3000平方英尺(3msf)的纸基材范围内，如约4至约10lb/3msf。当疏水性着色涂层包含两个这样的存在于表面施胶层上的涂层时，涂布量可以在例如约4至约20lb/3000平方英尺(3msf)纸基材的范围内(即，每个施加层约2至约10lb/3000平方英尺(3msf))，如约12至约16lb/3000平方英尺(3msf)纸基材)(即，每个施加层约6至约8lb/3000平方英尺(3msf))。

疏水性着色涂料(hpc)层包含hpc层的约20％重量至约90％重量(固体基准)如约50％重量至约90％重量(固体基准)的量的纸颜料组分。该纸颜料包含约20至100份(如约25至100份)的片状矿物颜料(例如粘土，滑石，云母及其混合物等)，并且其可以与可任选地存在于表面施胶层中的任何任选的片状矿物颜料相同或不同，以及0至约80份(如0至约75份)非片状纸颜料(例如，gcc，pcc，塑料颜料等)。hpc层还包含每100份纸颜料组分约10至约400份(如约15至约100份)的疏水性颜料粘合剂组分。(如上所述，为了提供用于机器涂层的疏水性着色涂层而不引起“堵塞”，疏水性颜料粘合剂可以以每100份纸颜料组分为约15至约50份的量存在。)疏水性颜料粘合剂组分包含一种或多种疏水性聚合物(如上所述)，例如苯乙烯-丁二烯(sb)共聚物；苯乙烯-丙烯酸(sa)共聚物；苯乙烯-丙烯酸-丙烯腈(san)共聚物；聚乙酸乙烯酯等。在一些实施方式中，hpc层还可以任选地包含一种或多种水分散性乳液聚合物，如聚乙烯(pe)聚合物，聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)聚合物，聚羟基链烷酸酯(pha)聚合物，聚乳酸(pla)聚合物，聚乙醇酸(pga)聚合物，等等，其量为每100份hpc层中的纸颜料组分约1至约10份(如约2至约8份)。包含这种水分散性乳液聚合物有助于防潮涂层向疏水性着色涂层的粘附(从而形成防潮涂布纸基材)，以及当施加疏水性着色涂层以形成防潮涂层时，进一步改善疏水性着色涂层对抗防潮涂层组合物中存在的任何水性流体的防水性。也可能存在具有较低表面能的较高温度熔融颗粒，因此还有助于降低当卷轴卷绕时疏水性涂层“堵塞”的倾向。

在制备本发明的疏水性涂布纸基材的方法的实施方式中，提供(或形成)具有第一表面和第二表面的纸基材，其包含纸纤维、内部纸浆施胶剂和其它任选的成分。在第一表面和第二表面中的一个或两个上可以施加包含表面施胶淀粉(如上所述)、非淀粉表面施胶剂(如上所述)、任选地纸颜料(例如，片状矿物颜料，如粘土、滑石、粘土和滑石的混合物等)以及其它任选的成分的表面施胶组合物，以在一个或两个表面上形成具有如上所述的量和纸平滑度值的表面施胶层。表面施胶组合物可以通过例如气刀式涂布机、棒式涂布机、刮刀式涂布机、施胶机、浸渍式涂布机、狭缝挤出涂布机等纸表面施胶装置施加到纸基材的表面。在一个或两个施加的表面施胶层上还施加包含纸颜料组分(如上所述)、疏水性颜料粘合剂组分(如上所述)、任选地任何水分散性乳液聚合物以及任何其它任选的成分的疏水性着色涂料组合物，以形成一个或多个具有如上所述的量和cobb值(以及任选地hst和/或表面自由能值)的疏水性着色涂层。疏水性着色涂料组合物可以通过例如气刀式涂布机、棒式涂布机、刮刀式涂布机、帘式涂布机、级联式涂布机、浸渍式涂布机、狭缝挤出涂布机等施加到各施加的表面施胶层。为了达到约3或以下(如约2或以下)的派克印刷平滑度值，所形成的疏水性着色涂料(hpc)层可以经压光(如上所述)。在一些实施方式中，所得到的疏水性涂布纸基材可以卷绕用于随后通过施加防潮涂层组合物来转化，或者可以通过向一个或两个其表面施加防潮涂层组合物立即转化以由此形成防潮涂层纸基材(例如，防潮涂层纸板，例如杯状体)，其然后可用于形成制品如杯子(例如，用于“热”或“冷”饮料)、食物托盘、冰淇淋或酸奶容器、其它饮料或食品包装材料、其他非饮料或食品包装材料等。

图1表示根据本发明的涂布纸基材的实施方式，其总体上表示为100。涂布纸基材100包括总体上表示为104的纸基材(例如纸板)，其具有第一表面108以及与第一表面104间隔开的第二表面112。第一表面108的顶部上所施加的是表面施胶层，其总体上表示为116且具有外表面120。在外表面120的顶部上施加的是总体上表示为124的疏水性着色涂层，其具有外表面128。(在一些实施方式中，疏水性着色涂层124可以包括两个这样顺序施加的层)。如图1所示，总体上表示为132并具有外表面136的防潮涂层可以施加在外表面128的顶部上，以形成总体上表示为140的防潮涂层纸基材。

图2表示根据本发明的涂布纸基材的另一个实施方式，其总体上表示为200。涂布纸基材200包括总体上表示为204的纸基材(例如纸板)，其具有第一表面208和与第一表面104间隔开的第二表面212。第一表面208的顶部上所施加的是第一表面施胶层，其总体上表示为216且具有外部表面220。外表面220的顶部上所施加的是第一疏水性着色涂层，其总体上表示为224且具有外表面228。(在一些实施方式中，第一疏水性着色涂层224可以包括两个顺序施加的层。)涂布纸基底200还包括施加在第二表面212的顶部上的第二表面施胶层，其总体上表示为244且具有外表面248。涂布纸基材200还包括总体上表示为252的第二疏水性着色涂层,其施加在外表面248的顶部上并具有外表面256。(在一些实施方式中，第二疏水性着色涂层252可以包括两个顺序施加的层，其中第一疏水性着色涂层224包括一个施加的层或两个顺序施加的层。)。进一步如图2所示，总体上表示为232且具有外表面236的第一防潮层可以施加在外表面228的顶部上，以及总体上表示为260且具有外表面264的第二防潮涂层可以施加在外表面256的顶部上，以形成总体上表示为268的防潮涂布纸基材。防潮涂布纸基材268的实施方式可以用作例如“冷”饮料的杯状体，以避免由这种杯状体形成杯子潜在地由于在不与“冷”饮料相邻的第一或第二防潮涂层232或260上形成凝结遭受结构完整性损失。(在防潮涂布纸基材268的一些实施方式中，如用于“热”饮料的杯状体，可以省略第一或第二防潮涂层232或260之一。在防潮涂布纸基材268的一些实施方式中，如用于冰淇淋的包装，防潮涂层232和着色疏水性涂层224可以用可印刷着色涂层的一个施加层或两个顺序施加的层来代替)。

图3是表示根据本发明的涂布纸基材的制造方法的一个实施方式的流程图，其总体上用300表示。如图3所示，如箭头308和312所示，在初始步骤中通过将纸纤维316和内部施胶剂320组合在一起，形成内部施胶纸基材304(例如纸板)。在下一步骤中，如箭头324所示，通过例如施胶机在纸基材304的一个或两个表面上施加表面施胶组合物(如由箭头332所指示)形成表面施胶层328，该表面施胶组合物包括一种或多种表面施胶淀粉以及任选地一种或多种非淀粉表面施胶剂(统称为表面施胶剂336)。如虚线箭头338所示，在一些实施方式中，表面施胶组合物332还可以任选地包含纸颜料(例如，如粘土和/或滑石的片状矿物颜料，具有或不具有非片状纸颜料如gcc、pcc等)，如虚线椭圆340所示。在下一步骤中，如箭头344所示，通过施加包含纸颜料组分356和疏水性颜料粘合剂组分360的疏水性着色涂层组合物(由箭头352表示)，在表面施胶涂层328的一个或两个表面上形成疏水性(着色)涂层348。如还显示的，并且如虚线椭圆364所示，在一些实施方式中，疏水性着色涂层组合物352还可包含聚合物乳液364。如箭头368所示，随着在步骤344中形成疏水性涂层348，所得最终产品作为涂布纸基材(例如涂布纸板)372提供。(在一些实施方式中，涂布纸基材372也可以进行压光步骤(未示出)，以达到疏水性涂层348的每个外表面的派克打印平滑度所需的程度)。在虚线376所示的后续步骤中，如由虚线箭头384所示，通过施加包含聚合物乳液的防潮涂层组合物(由虚线椭圆364所示)，可在疏水性涂层348的一个或两个外表面上形成防潮涂层380，如由虚线箭头388所示，由此形成防潮涂布纸基材(由虚线椭圆392表示)。

实施例

按照如下形成涂布纸基材(例如，厚度为12或24点且基重为257或165的纸板)：对照(c)样品是市售的24点涂布纸板，其具有12-16磅/3msf常规着色涂层的涂布量，设计用于平版和柔性版印刷中使用的纸基材。样品s-1和s-2使用具有含有淀粉施胶剂的施胶压榨层的市售的14点未涂布杯状体。使用线缠绕棒将疏水性涂层制剂(如下表1所示)涂布在该未涂布杯状体上，然后在强制空气烘箱中在110℃的温度下干燥2分钟。得到的疏水性颜料涂料(hpc)层的涂布量为10lb/3msf。然后也使用线缠绕棒从市售的聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)乳液涂料(sustainablefibersolutions，sfs涂层230hs)将防潮涂层施加至这些hpc层。样品s-3和样品s-4也使用这种市售的14点未涂布杯状体。将疏水性涂层制剂(如下表1所示)使用刮刀模式的刮刀式涂布机以1300英尺/分钟(fpm)的速率涂布到该未涂布杯状体上，并使用红外(ir)干燥器干燥，接着强制通风炉干燥。所得的疏水性颜料涂布(hpc)层的涂布量为8磅/3msf。类似于样品s-1和s-2，然后也使用线缠绕棒从市售的聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)乳液涂料(sustainablefibersolutions，sfs涂料230hs或sfs涂料250hs)将防潮涂层施加到这些hpc层上。

这些涂布纸基材的组分、层和性质示于下表1中：

表1

¹以磅/3msf表示

²以份数表示的量(估计)

³疏水性着色涂层，量以份数表示

⁴研磨碳酸钙

⁵来自omya，含有hydrocarb60，其是粗磨gcc

⁶来自omya，含有hydrocarb90gcc(12份)，其是细磨gcc，和hydrocarb60(28份)

⁷来自kamin，hydrafine90w，其是中等直径片状粘土

⁸来自kamin，hydrogloss91w，其是较小直径片状粘土

⁹颜料粘合剂

¹⁰fromtrinseo,rap830，其是苯乙烯-丙烯酸共聚物胶乳。

¹¹fromtrinseo,xu30903.5，其是苯乙烯-丁二烯共聚物胶乳

¹²fromtrinseo,rap810，其是tg低于rap830的苯乙烯-丙烯酸共聚物

¹³fromomnova,md80，其是线密度聚乙烯的非离子乳液

¹⁴用于纸板的涂料，涂布量估计

¹⁵来自sustainablefibersolutions(sfs)的水性可热封涂料，等级230hs，其是可热封的

¹⁶来自sustainablefibersolutions(sfs)的水性可热封涂料，等级250hs，其也是可热封的

表1的结果表明，与不具有hpc层而是设计为具有良好的可印刷性的着色涂层的对照涂布纸板相比，具有疏水性着色涂料(hpc)层并且根据本发明的实施方式的防潮层(mbc)纸板样品s-1至s-4具有明显较低的cobb值(每30分钟)。同样，虑到这些较低的cobb值，尽管样品s-1至s-4对于hpc层而言具有较低的涂布量(8和10磅/3msf)，相对于着色涂层而言具有较高涂布量(估计在12-16lb/3msf的范围内)的对照涂布纸板，这些样品仍获得更好的防潮性。

本申请中引用的所有文献、专利、期刊文章和其他材料通过引用并入本文。

虽然已经参照附图结合本发明的几个实施方式对本发明进行了充分的描述，但是应当理解，对于本领域技术人员来说，各种改变和修改是显而易见的。这些改变和修改应被理解为包括在所附权利要求限定的本发明的范围内，除非其不在该范围内。