具有水性阻隔涂层的涂布纸板容器
阅读说明:本技术 具有水性阻隔涂层的涂布纸板容器 (Coated paperboard container with aqueous barrier coating ) 是由 S·帕克 逄杰斌 N·G·梅尔顿 T·克鲁格 S·A·久斯特 W·哈里斯 T·J·格林 于 2020-01-03 设计创作,主要内容包括:一种涂布纸板容器包括纸板基材和在纸板基材上的水性阻隔涂层。涂布纸板容器具有75%良浆或更大的可再制浆产率、30磅每英寸或更大的侧壁接缝结合强度、和50%或更小的湿刚度损失。(A coated paperboard container includes a paperboard substrate and a water-borne barrier coating on the paperboard substrate. The coated paperboard container has a repulpable yield of 75% accepts or greater, a sidewall seam bond strength of 30 pounds per inch or greater, and a wet stiffness loss of 50% or less.)
优先权
本申请要求来自2019年1月17日提交的美国序列号62/793595的优先权。
技术领域
本申请涉及涂布纸板容器的领域,且更具体地,涉及具有水性阻隔涂层的涂布纸板容器。
背景技术
纸板用于各种包装应用中,诸如容器。例如,使用纸板来形成用于盛装热饮或冷饮的纸板杯。
用于盛装热饮的纸板杯通常需要在杯的内表面上具有增强的液体阻隔性质以最大限度地减少液体从饮料到纸板基材中的吸收。用于盛装冷饮的纸板杯通常需要在杯的内表面上具有增强的液体阻隔性质以最大限度地减少液体从饮料到纸板基材中的吸收,并且在杯的外表面上具有增强的液体阻隔性质以最大限度地减少液体从冷凝物到纸板基材中的吸收。
纸板通常是可热封的,从而使得有可能在制杯机上形成纸板杯。聚乙烯(PE)挤出涂布纸板通过提供良好的阻隔和良好的热封性质两者目前在此类应用中仍然占主导地位。然而,由于在再制浆过程期间分解聚乙烯膜的难度所致,具有聚乙烯挤出涂层的此类纸板杯难以再制浆,且因此不容易可回收,从而引起环境方面的顾虑。因此,对替代性解决方案的需求不断增加,这些解决方案包括新的涂层技术以代替聚乙烯挤出涂布纸板杯。
因此,本领域技术人员继续在涂布纸板容器的领域中进行研究和开发。
发明内容
在一个实施例中,一种涂布纸板容器包括纸板基材和在纸板基材上的水性阻隔涂层。涂布纸板容器具有75%良浆(accepts)或更大的可再制浆产率(repulpability yield)、30磅每英寸或更大的侧壁接缝结合强度、和50%或更小的湿刚度损失。
在另一实施例中,一种用于盛装热饮的涂布纸板容器包括具有侧壁纸板基材和第一水性阻隔涂层的侧壁。侧壁纸板基材具有面向所述容器的内部的内表面和面向所述容器的外部的外表面、上端、下端、第一纵向端、以及第二纵向端。第一水性阻隔涂层在侧壁纸板基材的内表面上。侧壁纸板基材的第一纵向端通过第一水性阻隔涂层热封到侧壁纸板基材的第二纵向端以形成侧壁接缝。涂布纸板容器具有75%或更大的可再制浆产率、30磅每英寸或更大的侧接缝结合强度、和20%或更小的湿刚度损失。
在又另一实施例中,一种用于盛装冷饮的涂布纸板容器包括具有侧壁纸板基材、第一水性阻隔涂层和第二水性阻隔涂层的侧壁。侧壁纸板基材具有面向所述容器的内部的内表面和面向所述容器的外部的外表面、上端、下端、第一纵向端、以及第二纵向端。第一水性阻隔涂层在侧壁纸板基材的内表面上。第二水性阻隔涂层在侧壁纸板基材的外表面上。侧壁纸板基材的第一纵向端通过第一水性阻隔涂层和第二水性阻隔涂层中的至少一者热封到侧壁纸板基材的第二纵向端以形成侧壁接缝。涂布纸板容器具有75%或更大的可再制浆产率、30磅每英寸或更大的侧接缝结合强度、和50%或更小的湿刚度损失。
所公开的涂布纸板容器的其他实施例将从以下详细描述、附图和所附权利要求变得显而易见。
附图说明
图1是根据本描述的第一实施例的用于盛装热饮的涂布纸板杯的透视图。
图2是图1的涂布纸板杯沿着图1的平面2—2的水平截面图。
图3是图1的涂布纸板杯沿着图1的平面3—3的竖直截面图。
图4A是涂布纸板杯在图3的部分“4”处的放大截面图。
图4B是如图4A中所示的涂布纸板杯的示例性变型的放大截面图。
图5A是涂布纸板杯在图3的部分“5”处的放大截面图。
图5B是如图5A中所示的涂布纸板杯的示例性变型的放大截面图。
图6是根据本描述的第二实施例的用于盛装冷饮的涂布纸板杯的透视图。
图7A是图6的涂布纸板杯沿着图6的平面7—7的水平截面图。
图7B是如图7A中所示的涂布纸板杯的示例性变型的水平截面图。
图8是图6的涂布纸板杯沿着图6的平面8—8的竖直截面图。
图9A是涂布纸板杯在图8的部分“9”处的放大截面图。
图9B是如图9A中所示的涂布纸板杯的示例性变型的放大截面图。
图10A是涂布纸板杯在图8的部分“10”处的放大截面图。
图10B是如图10A中所示的涂布纸板杯的示例性变型的放大截面图。
图11是用于评估本申请的纸板杯的湿刚度和干刚度的“Perseco”杯刚度测试仪的表示。
图12是用于评估本申请的纸板杯的粘连性质的粘连测试的表示。
具体实施方式
本描述涉及具有侧壁纸板基材和水性阻隔涂层的涂布纸板容器,该涂布纸板容器具有优异的性能和性质。水性阻隔涂层在再制浆期间容易分解,且因此比具有聚乙烯挤出涂层的纸板杯更容易可再制浆。而且,如本申请中所证明的,本描述的涂布纸板容器显示出与具有聚乙烯挤出涂层的常规纸板杯相当的性能和性质。针对大范围的性质和性能来测试和评估具有不同涂层结构的涂布纸板杯,并使用具有聚乙烯涂层的商用杯作为对照进行比较。稍后描述测试或评估方法的细节。
在一方面中,涂布纸板容器具有75%良浆或更大,优选地80%良浆或更大,更优选地85%良浆或更大,更优选地90%良浆或更大的可再制浆产率。
在另一方面中,涂布纸板容器具有30磅每英寸或更大,优选地40磅每英寸或更大,更优选地50磅每英寸或更大的侧壁接缝结合强度。
在又另一方面中,涂布纸板容器具有50%或更小,优选地40%或更小,更优选地30%或更小,更优选地20%或更小,甚至更优选地10%或更小的湿刚度损失。
在又另一方面中,涂布纸板容器具有20 g/m2或更小,优选地10 g/m2或更小,更优选地5 g/m2或更小的30分钟水Cobb(可勃)测试。
在又另一方面中,涂布纸板容器具有20%或更小,优选地10%或更小,更优选地5%或更小的染色亮度损失。
在又另一方面中,涂布纸板容器具有3.5或更小,优选地3.0或更小,更优选地2.0或更小的粘连等级。
在又另一方面中,当将容器接缝分离时,涂布纸板容器具有80%或更大,优选地90%或更大的纤维撕裂。
本描述还涉及一种用于盛装热饮的涂布纸板容器,该涂布纸板容器具有包括侧壁纸板基材和在侧壁纸板基材的内表面上的水性阻隔涂层的侧壁,其中侧壁纸板基材的第一纵向端通过水性阻隔涂层热封到侧壁纸板基材的第二纵向端以形成侧壁接缝,该涂布纸板容器具有优异的性能和性质。
在一方面中,用于盛装热饮的涂布纸板容器具有75%良浆或更大,优选地80%良浆或更大,更优选地85%良浆或更大,更优选地90%良浆或更大的可再制浆产率。
在另一方面中,用于盛装热饮的涂布纸板容器具有30磅每英寸或更大,优选地40磅每英寸或更大,更优选地50磅每英寸或更大的侧壁接缝结合强度。
在又另一方面中,用于盛装热饮的涂布纸板容器具有50%或更小,优选地40%或更小,更优选地30%或更小,更优选地20%或更小,甚至更优选地10%或更小的湿刚度损失。
在又另一方面中,用于盛装热饮的涂布纸板容器具有20 g/m2或更小,优选地10g/m2或更小,更优选地5 g/m2或更小的30分钟水Cobb测试。
在又另一方面中,用于盛装热饮的涂布纸板容器具有20%或更小,优选地10%或更小,更优选地5%或更小的染色亮度损失。
在又另一方面中,用于盛装热饮的涂布纸板容器具有3.5或更小,优选地3.0或更小,更优选地2.0或更小的粘连等级。
在又另一方面中,当将容器接缝分离时,用于盛装热饮的涂布纸板容器具有80%或更大,优选地90%或更大的纤维撕裂。
在一个方面中,用于盛装热饮的涂布纸板容器还包括底壁,该底壁包括底部坯料纸板基材和在底部坯料纸板基材的内表面上的水性阻隔涂层,其中底部坯料纸板基材的圆周部分通过侧壁的水性阻隔涂层和底壁的水性阻隔涂层中的至少一者热封到侧壁纸板基材的下端。
在另一方面中,侧壁纸板基材的下端朝向涂布纸板容器的内部折叠以形成圆周凹部。底部坯料纸板基材的圆周边缘朝向外表面折叠以形成圆周唇缘。底壁的圆周唇缘设置在侧壁的圆周凹部中。
在又另一方面中,非阻隔涂层在底部坯料纸板基材的外表面上。
在又另一方面中,另一水性阻隔涂层在底部坯料纸板基材的外表面上。
在又另一方面中,非阻隔涂层在另一水性阻隔涂层上。
本描述还涉及一种用于盛装冷饮的涂布纸板容器,其具有包括侧壁纸板基材、在侧壁纸板基材的内表面上的第一水性阻隔涂层、以及在侧壁纸板基材的外表面上的第二水性阻隔涂层的侧壁,其中侧壁纸板基材的第一纵向端通过第一水性阻隔涂层和第二水性阻隔涂层中的至少一者热封到侧壁纸板基材的第二纵向端以形成侧壁接缝,该涂布纸板容器具有优异的性能和性质。
在一方面中,用于盛装冷饮的涂布纸板容器具有75%良浆或更大,优选地80%良浆或更大,更优选地85%良浆或更大,更优选地90%良浆或更大的可再制浆产率。
在另一方面中,用于盛装冷饮的涂布纸板容器具有30磅每英寸或更大,优选地40磅每英寸或更大,更优选地50磅每英寸或更大的侧壁接缝结合强度。
在又另一方面中,用于盛装冷饮的涂布纸板容器具有50%或更小,优选地40%或更小,更优选地30%或更小,更优选地20%或更小,甚至更优选地10%或更小的湿刚度损失。
在又另一方面中,用于盛装冷饮的涂布纸板容器具有20 g/m2或更小,优选地10g/m2或更小,更优选地5 g/m2或更小的30分钟水Cobb测试。
在又另一方面中,用于盛装冷饮的涂布纸板容器具有20%或更小,优选地10%或更小,更优选地5%或更小的染色亮度损失。
在又另一方面中,用于盛装冷饮的涂布纸板容器具有3.5或更小,优选地3.0或更小,更优选地2.0或更小的粘连等级。
在又另一方面中,当将容器接缝分离时,用于盛装冷饮的涂布纸板容器具有80%或更大,优选地90%或更大的纤维撕裂。
在一个方面中,用于盛装冷饮的涂布纸板容器包括在第二水性阻隔涂层上的非阻隔涂层,该第二水性阻隔涂层在侧壁纸板基材的外表面上。
在一方面中,用于盛装冷饮的涂布纸板容器具有底壁,该底壁包括底部坯料纸板基材、在底部坯料纸板基材的内表面上的第一水性阻隔涂层、以及在底部坯料纸板基材的外表面上的第二水性阻隔涂层。底部坯料纸板基材的圆周部分通过侧壁的第一水性阻隔涂层、侧壁的第二水性阻隔涂层、底壁的第一水性阻隔涂层和底壁的第二水性阻隔涂层中的至少一者热封到侧壁纸板基材的下端。
在另一方面中,侧壁纸板基材的下端朝向涂布纸板容器的内部折叠以形成圆周凹部,底部坯料纸板基材的圆周边缘朝向外表面折叠以形成圆周唇缘,并且底壁的圆周唇缘设置在侧壁的圆周凹部中。
在另一方面中,用于盛装冷饮的涂布纸板容器包括在第二水性阻隔涂层上的非阻隔涂层,该第二水性阻隔涂层在底部坯料纸板基材的外表面上。
下文描述本描述的附加方面。
纸板基材可包括能够在其上涂布至少一个水性阻隔涂层的纤维材料的任何幅材。纸板基材可包含化学或机械纸浆,并且可以是漂白的或未漂白的。示例性纸板基材可包括涂布天然牛皮纸板、固体漂白硫酸盐纸板、固体未漂白硫酸盐纸板、涂布回收纸板、涂布挂面白纸板、或折叠盒纸板。
纸板基材的厚度可取决于各种因素,诸如纸板基材的密度。示例性纸板基材可具有在6点到36点范围内的卡尺厚度。在一种表述中,纸板基材可具有在7点到30点范围内的卡尺厚度。在另一种表述中,纸板基材可具有在14点到20点范围内的卡尺厚度。在又另一种表述中,纸板基材可具有在16点到18点范围内的卡尺厚度。如本文中所使用的,1点等于0.001英寸,其等于25.4微米(μm)。
纸板基材的重量可取决于各种因素。示例性纸板基材可具有范围从60磅到350磅每3000平方英尺的基重。在一种表述中,纸板基材可具有在100磅到150磅每3000平方英尺范围内的基重。在另一种表述中,纸板基材可具有在150磅到180磅每3000平方英尺范围内的基重。在又另一种表述中,纸板基材可具有在180磅到220磅每3000平方英尺范围内的基重。
水性阻隔涂层可使用任何合适的方法(诸如,在造纸机上抑或在机外涂布机生产线上的一个或多个涂布机)施涂,使得水性阻隔涂层形成纸板基材的暴露的最外表面。水性阻隔涂层是可热封的,使得当加热时,水性阻隔涂层向产品的与其接触的其他区域提供粘附力。
水性阻隔涂层可以以各种涂布重量施涂到纸板基材。在一种表述中,水性阻隔涂层可以以约2磅到12磅每3000平方英尺的涂布重量施涂。在另一种表述中,水性阻隔涂层可以以约4磅到11磅每3000平方英尺的涂布重量施涂。
水性阻隔涂层可包括粘合剂和颜料。在一种表述中,粘合剂与颜料之比按重量计可以为至少约1:2。在另一种表述中,粘合剂与颜料之比按重量计可以为约1:2到约9:1。在又另一种表述中,粘合剂与颜料之比按重量计可以为约1:1到约4:1。在又另一种表述中,粘合剂与颜料之比按重量计可以为至少约1:1。
水性阻隔涂层的粘合剂是水性粘合剂。水性粘合剂可包括苯丙乳液(SA)。在示例中,粘合剂可“基本由苯丙乳液(SA)组成”。在另一示例中,粘合剂可“由苯丙乳液(SA)组成”。在又另一示例中,粘合剂可以是包括苯丙乳液(SA)的粘合剂的混合物。还构想了其他水性粘合剂,诸如丁苯橡胶(SBR)、乙烯丙烯酸(EAA)、聚醋酸乙烯酯(PVAC)、聚酯分散体及其组合。
在一个非限制性方面中,水性粘合剂可具有20℃或更高的玻璃化转变温度(当干燥时)。在另一非限制性方面中,水性粘合剂可具有23℃或更高的玻璃化转变温度(当干燥时)。在又另一非限制性方面中,水性粘合剂可具有25℃或更高的玻璃化转变温度(当干燥时)。在又另一非限制性方面中,水性粘合剂可具有28℃或更高的玻璃化转变温度(当干燥时)。在又另一非限制性方面中,水性粘合剂可具有30℃或更高的玻璃化转变温度(当干燥时)。在又另一非限制性方面中,水性粘合剂可具有35℃或更高的玻璃化转变温度(当干燥时)。在一种表述中,水性粘合剂可具有在20℃到60℃范围内的玻璃化转变温度(当干燥时)。在另一种表述中,水性粘合剂可具有在25℃到45℃范围内的玻璃化转变温度(当干燥时)。
合适粘合剂的具体非限制性示例包括:ACRONAL ® S 728(23 Tg,°C),BASF公司;CARTASEAL ® SCR(30 Tg,℃)(下文称为“SA-2”),Achroma;RHOPLEX ™ C-360(32 Tg,℃),陶氏化学公司;以及ACRONAL ® S 866(39 Tg,℃),BASF公司。
水性阻隔涂层的颜料可具有受控的粒度分布。在一种表述中,水性阻隔涂层的颜料可包括相对细的粉末,使得至少60%(按重量计)的颜料由粒度小于2微米的颗粒组成。在另一种表述中,至少70%(按重量计)的颜料由粒度小于2微米的颗粒组成。在又另一种表述中,至少80%(按重量计)的颜料由粒度小于2微米的颗粒组成。在又另一种表述中,至少90%(按重量计)的颜料由粒度小于2微米的颗粒组成。在又另一种表述中,至少95%(按重量计)的颜料由粒度小于2微米的颗粒组成。
在一个方面中,水性阻隔涂层的颜料可包括粘土颜料。在示例中,粘土颜料可包括高岭土,诸如细高岭土。在另一示例中,粘土颜料可包括片状粘土,诸如高纵横比片状粘土(例如,至少40:1的纵横比)。
在另一方面中,水性阻隔涂层的颜料可包括碳酸钙(CaCO3)颜料。在示例中,碳酸钙颜料可以是具有其中约60%的颗粒小于2微米的粒度分布的粗研磨碳酸钙。在另一示例中,碳酸钙颜料可以是具有其中约90%的颗粒小于2微米的粒度分布的细研磨碳酸钙。在又另一示例中,碳酸钙颜料可以是平均粒度为约0.4微米的细研磨碳酸钙。
颜料可以是包括粘土颜料和碳酸钙颜料两者的颜料共混物。在一种表述中,颜料共混物可包括上文所描述的粘土颜料方面中的一者或多者。在另一表述中,碳酸钙颜料可包括上文所描述的碳酸钙方面中的一者或多者。
水性阻隔涂层的颜料可以是(或可包括)各种其他材料。可使用其他颜料,诸如塑料颜料、二氧化钛颜料、滑石颜料等。
合适颜料的具体非限制性示例包括:HYDRAFINE® 90W,1号超细高岭土,佐治亚州梅肯的KaMin有限责任公司(下文称为“CL-1”);BARRISURF ® HX,具有高纵横比的片状粘土,佐治亚州的IMERYS Kaolin(下文称为“CL-2”);XP 6170TM,具有高纵横比的片状粘土,佐治亚州的IMERYS Kaolin(下文称为“CL-3”);HYDROCARB ® 60,粗研磨碳酸钙(粒度60%<2微米),瑞士奥夫特林根的Omya股份公司(下文称为“CC-1”);以及ROPAQUE™ AF-1352,苯乙烯丙烯酸聚合物颜料(1.3微米粒度,53%空隙体积),陶氏化学公司(下文称为“HSP-1”)。
可以使用各种技术来涂布纸板基材。在一个实施方式中,通过将所选择的水性粘合剂与颜料混合来制备水性阻隔涂层组合物。然后,将水性阻隔涂层组合物施涂在纸板基材的至少一侧上。
可选地,可以在施涂水性阻隔涂层组合物之前施涂底涂层(base coating)。底涂层可通过合适的方法(诸如,在造纸机上抑或在机外涂布机生产线上的一个或多个涂布机)施涂。底涂层可包括与水性阻隔涂层类似的成分,即粘合剂和颜料。然而,比例可以不同,即,底涂层中粘合剂与颜料之比按重量计可为约25:100到约45:100。
可附加地向纸板基材提供非阻隔涂层,诸如以允许印刷文本或图形。非阻隔涂层可以是水性非阻隔涂层,其可包括与水性阻隔涂层类似的成分,即粘合剂和颜料。合适粘合剂的具体非限制性示例包括:ACRONAL ® S504(4 Tg,℃),BASF公司;RHOPLEX ® C-340(8Tg,℃)(下文称为“SA-1”),陶氏化学公司;以及ACRONAL ® 4377 X(11 Tg,℃),BASF公司。合适颜料的具体非限制性示例包括:HYDRAFINE ® 90W,高岭土1号超细粘土,佐治亚州梅肯的KaMin有限责任公司(下文称为“CL-1”);HYDROCARB ® 60,粗研磨碳酸钙(粒度60%<2微米),瑞士奥夫特林根的Omya股份公司(下文称为“CC-1”);以及HYDROCARB ® 90,细研磨碳酸钙(粒度90%<2微米),瑞士奥夫特林根的Omya股份公司(下文称为“CC-2”)。
图1至图3、图4A、图4B、图5A和图5B图示了根据本描述的第一实施例的用于盛装热饮的示例性涂布纸板杯100。涂布纸板杯100包括侧壁110和底壁120。侧壁110包括侧壁纸板基材130和设置在其上的第一水性阻隔涂层135,并且底壁120包括底部坯料纸板基材140和设置在其上的第二水性阻隔涂层145。
侧壁纸板基材130具有面向涂布纸板杯100的内部的内表面131、面向涂布纸板杯100的外部的外表面132、上端111、下端112、第一纵向端114、以及第二纵向端115,其中,侧壁纸板基材110的下端112朝向涂布纸板杯100的内部折叠以形成圆周凹部113。
第一水性阻隔涂层135设置在侧壁纸板基材130的内表面131上。在侧壁纸板基材110的第一纵向端114处,第一水性阻隔涂层135热封到在侧壁纸板基材110的第二纵向端115处的第一水性阻隔涂层135以形成侧壁接缝116。
底部坯料纸板基材140具有面向涂布纸板杯100的内部的内表面141和面向涂布纸板杯100的外部的外表面142。底部坯料纸板基材110的圆周边缘朝向外表面142折叠以形成圆周唇缘121。
第二水性阻隔涂层145设置在底部坯料纸板基材140的内表面141上。在圆周唇缘121处的第二水性阻隔涂层145热封到在侧壁纸板基材110的下端112处的第一水性阻隔涂层135。
在一方面中,根据本描述的第一实施例的用于盛装热饮的涂布纸板容器具有75%良浆或更大,优选地80%良浆或更大,更优选地85%良浆或更大,更优选地90%良浆或更大的可再制浆产率。
在另一方面中,根据本描述的第一实施例的用于盛装热饮的涂布纸板容器具有30磅每英寸或更大,优选地40磅每英寸或更大,更优选地50磅每英寸或更大的侧壁接缝结合强度。
在又另一方面中,根据本描述的第一实施例的用于盛装热饮的涂布纸板容器具有50%或更小,优选地40%或更小,更优选地30%或更小,更优选地20%或更小,甚至更优选地10%或更小的湿刚度损失。
在又另一方面中,根据本描述的第一实施例的用于盛装热饮的涂布纸板容器具有20 g/m2或更小,优选地10 g/m2或更小,更优选地5 g/m2或更小的30分钟水Cobb测试。
在又另一方面中,根据本描述的第一实施例的用于盛装热饮的涂布纸板容器具有20%或更小,优选地10%或更小,更优选地5%或更小的染色亮度损失。
在又另一方面中,根据本描述的第一实施例的用于盛装热饮的涂布纸板容器具有3.5或更小,优选地3.0或更小,更优选地2.0或更小的粘连等级。
在又另一方面中,当将容器接缝分离时,根据本描述的第一实施例的用于盛装热饮的涂布纸板容器具有80%或更大,优选地90%或更大的纤维撕裂。
尽管未示出,但根据本描述的第一实施例的用于盛装热饮的涂布纸板容器可包括在第二水性阻隔涂层上的非阻隔涂层(未示出),该第二水性阻隔涂层在底部坯料纸板基材的外表面上。
图6、图7A、图7B、图8、图9A、图9B、图10A和图10B图示了根据本描述的第二实施例的用于盛装冷饮的示例性涂布纸板杯200。涂布纸板杯200包括侧壁210和底壁220。侧壁210包括侧壁纸板基材230、以及设置在其上的第一水性阻隔涂层235和第二水性阻隔涂层236,并且底壁220包括底部坯料纸板基材240、以及设置在其上的第三水性阻隔涂层245和第四水性阻隔涂层246。可选地,如图9B和图10B中所示,第一非阻隔涂层237设置在第二水性阻隔涂层236上,并且第二非阻隔涂层247设置在第四水性阻隔涂层246上。
侧壁纸板基材230具有面向涂布纸板杯200的内部的内表面231、面向涂布纸板杯200的外部的外表面232、上端211、下端212、第一纵向端214、以及第二纵向端215,其中,侧壁纸板基材210的下端212朝向涂布纸板杯200的内部折叠以形成圆周凹部213。
第一水性阻隔涂层235设置在侧壁纸板基材230的内表面231上,并且第二水性阻隔涂层236设置在侧壁纸板基材230的外表面232上。如图7A中所示,在侧壁纸板基材210的第一纵向端214处,第一水性阻隔涂层135热封到在侧壁纸板基材210的第二纵向端215处的第一水性阻隔涂层235以形成侧壁接缝216。替代地,如图7B中所示,在侧壁纸板基材210的第一纵向端214处,第一水性阻隔涂层135可热封到在侧壁纸板基材210的第二纵向端215处的第二水性阻隔涂层236以形成侧壁接缝216。
底部坯料纸板基材240具有面向涂布纸板杯200的内部的内表面241和面向涂布纸板杯200的外部的外表面242。底部坯料纸板基材210的圆周边缘朝向外表面242折叠以形成圆周唇缘221。
第三水性阻隔涂层245设置在底部坯料纸板基材240的内表面241上,并且第四水性阻隔涂层246设置在底部坯料纸板基材240的外表面242上。如图8中所示,在圆周唇缘221处的第一水性阻隔涂层245热封到在侧壁纸板基材210的下端212处的第三水性阻隔涂层235。
在一方面中,根据本描述的第二实施例的用于盛装冷饮的涂布纸板容器具有75%良浆或更大,优选地80%良浆或更大,更优选地85%良浆或更大,更优选地90%良浆或更大的可再制浆产率。
在另一方面中,根据本描述的第二实施例的用于盛装冷饮的涂布纸板容器具有30磅每英寸或更大,优选地40磅每英寸或更大,更优选地50磅每英寸或更大的侧壁接缝结合强度。
在又另一方面中,根据本描述的第二实施例的用于盛装冷饮的涂布纸板容器具有50%或更小,优选地40%或更小,更优选地30%或更小,更优选地20%或更小,甚至更优选地10%或更小的湿刚度损失。
在又另一方面中,根据本描述的第二实施例的用于盛装冷饮的涂布纸板容器具有20 g/m2或更小,优选地10 g/m2或更小,更优选地5 g/m2或更小的30分钟水Cobb测试。
在又另一方面中,根据本描述的第二实施例的用于盛装冷饮的涂布纸板容器具有20%或更小,优选地10%或更小,更优选地5%或更小的染色亮度损失。
在又另一方面中,根据本描述的第二实施例的用于盛装冷饮的涂布纸板容器具有3.5或更小,优选地3.0或更小,更优选地2.0或更小的粘连等级。
在又另一方面中,当将容器接缝分离时,根据本描述的第二实施例的用于盛装冷饮的涂布纸板容器具有80%或更大,优选地90%或更大的纤维撕裂。
在一方面中,根据本描述的第二实施例的用于盛装冷饮的涂布纸板容器可包括在第二水性阻隔涂层上的非阻隔涂层,该第二水性阻隔涂层在侧壁纸板基材的外表面上。
在另一方面中,根据本描述的第二实施例的用于盛装冷饮的涂布纸板容器可包括在第二水性阻隔涂层上的非阻隔涂层,该第二水性阻隔涂层在底部坯料纸板基材的外表面上。
使用AMC Maelstom再制浆机来确定可再制浆产率。将切割成1英寸乘1英寸正方形的110克涂布纸板添加到包含2895克水(pH值为6.5±0.5,50℃)的再制浆机,浸泡15分钟,且然后再制浆30分钟。然后,通过振动平筛(0.006英寸槽/筛孔尺寸)对300 mL再制浆浆料进行过筛。对(由筛捕获的)浆渣和纤维良浆进行收集、干燥并称重。基于良浆和浆渣的重量来计算良浆的百分比,其中100%是完全可再制浆率。
通过根据TAPPI T402调节样品来确定侧壁接缝结合强度。然后,使用精密切割机将样品切割成1英寸宽的条状物(垂直于侧壁接缝)。根据TAPPI标准T494利用具有5 kN测力传感器的Instron 5965来测量结合强度。在Instron中使用设置为4英寸标距长度的锯齿状夹具来夹持样品,其中侧壁接缝在两个夹具之间并且印刷面面向操作员。夹具的分离速率设置为1英寸每分钟,并且最大载荷被记录且被报告为侧壁接缝的结合强度。
使用“Perseco”杯刚度测试仪来确定湿刚度和干刚度,如图11中所示,该杯刚度测试仪具有两个丁字架接触配件。
对于干刚度,将干测试杯放置在杯刚度测试仪的可调节台上,其中侧接缝面向操作员。调节台的高度,使得两个丁字架接触配件与侧接缝成90度定位在杯上,并且在卷曲部(唇缘)的顶部下方的杯总高度的1/3处。转动手轮以将杯压缩0.25英寸。测量并记录以千克为单位的峰值力。每种测试条件测试五个样品,并记录每0.25英寸变形量的平均刚度。
对于湿刚度,通过在12杯MR. COFFEE咖啡机中冲泡36 g的STARBUCKS中度特调咖啡(medium house blend coffee)与1100 mL蒸馏水来执行热杯测试。然后,将咖啡倒入具有磁力搅拌棒的烧杯中,并且将咖啡加热到90℃并以55 rpm的速度搅拌。然后,将咖啡倒入杯中至杯沿下方5 mm的液面。保持30分钟后,将咖啡从杯中取出并用蒸馏水漂洗。然后,根据用于测试干刚度的相同程序立即测试空杯的刚度。
对于湿刚度,通过将75 g樱桃味KOOL-AID混合饮料与1 L蒸馏水混合直到粉末完全溶解来执行冷杯测试。然后,将KOOL-AID饮料冷藏至7℃(±0.5℃),且然后将其倒入杯中至杯沿下方5 mm的液面。然后,将杯转移到在30℃和75%相对湿度下的环境室中。保持30分钟后,将KOOL-AID饮料从杯中取出,用蒸馏水漂洗杯,并从杯的外部擦去凝结的水珠。然后,根据用于测试干刚度的相同程序立即测试空杯的刚度。
湿刚度损失被确定为将杯的干刚度与杯的湿刚度相比较的刚度百分比变化。
通过使用23℃水以g/m2每30分钟为单位的30分钟水Cobb测试(TAPPI标准T441om-04)来评估防水性质。换句话说,Cobb测试确定30分钟后吸收了多少水。
通过以下步骤来确定染色亮度损失:测量干杯的亮度,且然后如上文所描述的在使用咖啡进行热杯测试和使用KOOL-AID进行冷杯测试后测量湿杯的亮度。根据TAPPI标准T524,使用Technidyne Brightimeter Micro S-5设备将样品的颜色测量为L-a-b颜色空间值。根据TAPPI标准T452在Technidyne Brightimeter Micro S-5上测量样品的亮度。染色亮度损失被确定为将干杯与以咖啡或KOOL-AID处理后的湿杯相比较的亮度百分比变化。
表1
等级
描述
0
样品在不施加任何力的情况下分开
1
样品具有轻微的粘着性但分离而没有纤维撕裂
2
样品具有高的粘着性但分离而没有纤维撕裂
3
样品是粘性的且纤维撕裂或涂层损坏高达25%(面积基准)
4
样品的纤维撕裂或涂层损坏大于25%(面积基准)
上述表1定义了粘连测试等级系统。通过评估杯的内侧和杯的外侧之间的粘附力来测试样品的粘连行为。在图12中示出了粘连测试的简化图示。将纸板切割成2英寸乘2英寸正方形样品。针对每种条件测试几个副本,其中每个副本评估一对样品352、354之间的粘连。(例如,如果测试了四个副本,则将使用四对–八件。)每对被定位成一件352的内侧接触另一件354的外侧。将这些对放置成堆叠350且在相邻对之间具有间隔件356,该间隔件是箔、离型纸或甚至复印纸。将整个样品堆叠放置到图12中所图示的测试装置300中。
测试装置300包括框架310。调节旋钮312附接到螺钉314,该螺钉穿过框架顶部316。螺钉314的下端附接到板318,该板支承在重型螺旋弹簧320上。弹簧320的下端支承在板322上,该板的下表面324具有一平方英寸的面积。刻度326使得用户能够读取所施加的力(其等于通过一平方英寸的下表面324施加到样品的堆叠的压力)。
将样品的堆叠350放置在下表面324和框架底部328之间。拧紧旋钮312,直到刻度326读出60 lbf(施加到样品的60 psi)的期望力。然后,将包括样品的整个装置300放置在50℃下的烘箱中24小时。然后,将装置300从测试环境中取出并冷却至室温。然后,释放压力,并将样品从装置中取出。
通过将每对纸板片材分离来评估样品的粘着性和粘连。粘连损坏可见为纤维撕裂,纤维撕裂(如果存在)通常随着从样品354的外侧拉起纤维而出现。如果外侧被涂布,则粘连也可表现为外侧上的涂层的损坏。
例如,在图12中象征性地描绘的,样品352(0)/354(0)可以表示“0”等级(无粘连)。样品中的圆形形状指示在压力下的大致区域,例如整个样品的约一平方英寸。样品352(3)/354(3)可以表示“3”粘连等级,其中在压力下的区域中(特别是在样品354(3)的未涂布表面中)纤维撕裂高达25%。样品352(4)/354(4)可以表示具有大于25%纤维撕裂的“4”粘连等级,特别是在样品354(4)的未涂布表面中。图12中的描绘仅意在大致暗示对这种测试样品的损坏百分比,而不是显示样品的真实外观。
进行了以下测试,其示出了本描述的涂布纸板容器的优异的性能和性质。
下面的表2示出了在本描述的示例性水性涂层中使用的六种颜料。
表2:
名称
颜料
描述
CL-1
HYDRAFINE<sup>®</sup> 90W(佐治亚州梅肯的KaMin有限责任公司)
高岭土1号超细粘土
CL-2
BARRISURF™ HX(佐治亚州的IMERYS Kaolin)
具有高纵横比的片状粘土
CL-3
XP 6170<sup>TM</sup>(佐治亚州的IMERYS Kaolin)
具有高纵横比的片状粘土
CC-1
HYDROCARB<sup>®</sup> 60(瑞士奥夫特林根的Omya股份公司)
粗研磨CaCO<sub>3</sub>(粒度60%<2微米)
CC-2
HYDROCARB<sup>®</sup> 90(Omya股份公司)
细研磨CaCO<sub>3</sub>(粒度90%<2微米)
HSP-1
ROPAQUE™ AF-1353(陶氏化学公司)
苯乙烯丙烯酸聚合物颜料(1.3 μm粒度,53%空隙体积)
下面的表3示出了在本描述的示例性水性涂层中使用的两种粘合剂。
表3:
供应商
粘合剂产品
Tg,ºC
陶氏化学公司
RHOPLEX<sup>TM</sup> C-340,也称为“SA-1”
8
Archroma
CARTASEAL<sup>®</sup> SCR,也称为“SA-2”
30
下面的表4示出了在本描述的示例性水性涂层中使用的配方(按重量份计)。
表4:
下面的表5示出了在本描述的示例性纸板容器中使用的四个示例性涂布侧壁纸板基材和两个示例性底部坯料纸板基材的特性和性质。使用刮刀涂布机来涂布所有样品。侧壁纸板基材是具有18点卡尺厚度和185磅每3000平方英尺基重的固体漂白硫酸盐纸板,并且底部坯料纸板基材是具有13点卡尺厚度和150磅每3000平方英尺基重的固体漂白硫酸盐纸板。侧壁纸板基材和底部坯料纸板基材的正面(felt side)对应于杯的内侧,并且侧壁纸板基材和底部坯料纸板基材的反面(wire side)对应于杯的外侧。评估涂布纸板基材的阻隔性质(通过如上文所描述的30分钟水Cobb测试)、如上文所描述的粘连性质和如上文所描述的可再制浆产率。
表5:
将侧壁纸板基材和底部坯料纸板基材形成为杯。下面的表6示出了本描述的示例性纸板杯以及用聚乙烯挤出涂布纸板制成的比较示例的特性。在OMET 530 Varyflex F1柔版印刷机上用Siegwerk pc000200水性油墨和Siegwerk OPV1V10167复印清漆来印刷用于CC-3杯的侧壁毛坯(SW-2印刷的)。500 LPI(每英寸行数)和5.0 BCM(十亿立方微米)网纹辊用于复印清漆。在型号为PMC-1250的PMC(Paper Machinery公司)制杯机上以150个杯每分钟的速度制作这些杯。通过用手撕开侧壁和杯底的接缝来评估杯接缝的纤维撕裂,并且将纤维撕裂面积估计为接缝面积的百分比,其中100%纤维撕裂意味着优异的热封接缝。
表6:
测试表6中列出的冷杯和热杯的可再制浆产率、侧壁接缝结合强度、湿刚度损失和染色亮度损失。附加地,获得三个商业上生产的杯并测试这些杯以进行比较。
冷杯的所有结果在下面的表7A至7C中列出。测试中使用的商用冷杯是16盎司商用冷饮杯,其具有来自Graphic Packing International的PE挤出涂层(下文被列出为“GP CC对照(PE)”)。
表7A:
冷杯
挤出涂层
30分钟Cobb(内侧/外侧)
可再制浆产率
粘连(50 C/60 psi)
染色点
CC-1
SW - 18 pt
否
4.8/13.9
84.2%
2.4
1/1
底部- 13 pt
否
3.8/11.0
80.4%
2.5
1/5
CC-2
SW - 18 pt
否
4.5/14.6
83.0%
3.3
2/1
底部- 13 pt
否
3.8/11.0
80.4%
2.5
0/0
CC-3
SW - 18 pt
否
4.5/4.5
82.2%
3.6
1/1
底部- 13 pt
否
3.8/11.0
80.4%
2.5
1/0
CC-比较
SW - 18 pt P2S
是
0/0.3
86.8%
0
0/0
底部- 13 pt
是
0/0
75.4%
0
0/0
GP CC对照
SW - 13.5 pt P2S
是
底部- 12 pt
是
表7B:
冷杯
L-a-b干
L-a-b湿
∆ b
亮度干
亮度湿
CC-1
SW - 18 pt
92.6/-0.02/4.6
92.5/0.2/4.6
0.00
80.5
80.2
底部- 13 pt
92.1/-0.2/4.9
92.1/-0.04/5.0
0.10
79.2
79
CC-2
SW - 18 pt
92.2/-0.1/4.7
92.1/0.1/4.7
0.00
79.6
79.4
底部- 13pt
92.1/-0.2/4.9
92.1/0.04/4.7
-0.20
79.2
79.3
CC-3
SW - 18 pt
92.0/-0.3/4.4
92.0/0.1/4.4
0.00
79.7
79.6
底部- 13pt
92.1/-0.2/4.9
92.1/0.1/4.7
-0.20
79.2
79.4
CC-比较
SW - 18 ptP2S
90.5/0/4.0
92.4/0.6/4.0
0.00
81
81
底部- 13pt
92.1/0.3/3.7
91.9/0.3/4.1
0.40
80.7
80
GP CC对照
SW - 13.5ptP2S
底部- 12pt
表7C:
冷杯
%∆亮度
侧接缝强度(磅/英寸)
纤维撕裂
干刚度(0.25"变形量)
湿刚度(0.25"变形量)
%∆刚度
CC-1
SW - 18 pt
-0.4%
49.27
100%
0.729
0.483
-33.7%
底部- 13 pt
-0.3%
100%
CC-2
SW - 18 pt
-0.3%
49.24
100%
0.781
0.485
-37.9%
底部- 13 pt
0.1%
100%
CC-3
SW - 18 pt
-0.1%
48.85
100%
0.765
0.597
-22.0%
底部- 13 pt
0.3%
100%
CC-比较
SW - 18 pt P2S
0.0%
56.38
100%
0.722
0.692
-4.2%
底部- 13 pt
-0.9%
100%
GP CC对照
SW - 13.5pt P2S
100%
0.352
0.332
-5.7%
底部- 12 pt
100%
热杯的所有结果在下面的表8A至8C中列出。测试中使用的第一商用热杯是16盎司商用热饮杯,其具有来自Clearwater Paper的PE挤出涂层(下文被列出为“CW HC-对照”)。测试中使用的第二商用热杯是获自可持续包装联盟(Sustainable Packaging Coalition,展望 2018,波士顿,2018年9月26-28日)的Kotkamills水性涂布纸板杯,其在下文被列出为“HC-对照”。
表8A:
热杯
挤出涂层
30分钟Cobb(内侧)
可再制浆产率
粘连(50 C/60 psi)
染色点
HC-1
SW -18 pt
否
5.3
92.0%
1.4
1/1
底部- 13 pt
否
3.8
80.4%
2.5
10/11
HC-2
SW -18 pt
否
5.3
92.0%
1.4
0/0
底部- 13 pt
否
3.5
91.4%
4
7/8
HC-3
SW -18 pt
否
5.3
92.2%
2
0/0
底部- 13 pt
否
3.5
91.4%
4
8/11
HC-比较
SW -18 pt
是
0
86.3%
0
2/0
底部- 13 pt
是
0
75.4%
0
0/1
CW HC-对照(PE)
SW -17 pt
是
0/0
底部- 14 pt
是
1/0
HC-对照(水性)
SW - 14 pt
否
1.6
69.2%
1
2/2
底部- 11 pt
否
0.1
7/4
表8B:
热杯
L-a-b干
L-a-b湿
∆ b
亮度干
亮度湿
HC-1
SW -18 pt
92.2/-0.1/4.9
88.9/-0.9/12.6
7.7
79.5
64.0
底部- 13 pt
92.1/-0.2/4.9
89.6/-0.9/9.7
4.8
79.2
68.8
HC-2
SW -18 pt
92.2/-0.1/4.9
89.0/-0.9/12.0
7.1
79.5
65
底部- 13 pt
91.8/-0.2/5.0
89.4/-0.8/10.0
5.0
78.6
68
HC-3
SW -18 pt
92.8/-0.2/4.7
88.3/-0.7/12.8
8.1
80
62.8
底部- 13 pt
91.8/-0.2/5.0
89.4/-0.8/10.1
5.1
78.6
68.1
HC-比较
SW -18 pt
91.5/-0.5/6.2
90.7/-0.5/7.4
1.2
76.5
73.5
底部- 13 pt
92.1/0.3/3.7
91.3/0.1/5.3
1.6
80.7
77.1
CW HC对照(PE)
SW -17 pt
91.0/0.2/2.1
90.3/0.2/3.4
1.3
80.9
77.9
底部- 14 pt
92.4/0.1/2.0
90.9/0.1/3.3
1.3
83.5
78.9
HC-对照(水性)
SW - 14 pt
92.01/0.45/5.55
89.6/-0.6/11.8
6.3
78.04
66
底部- 11 pt
91.46/0.27/5.82
89.0/-0.6/9.5
3.7
76.78
67.8
表8C:
热杯
%∆亮度
侧接缝强度(磅/英寸)
纤维撕裂
干刚度(0.25"变形量)
湿刚度(0.25"变形量)-无 Rich's
%∆刚度
HC-1
SW -18 pt
-19.5%
49.65
100
0.662
0.621
-6.2%
底部- 13 pt
-13.1%
100
HC-2
SW -18 pt
-18.2%
48.69
100
0.692
0.636
-8.1%
底部- 13 pt
-13.5%
100
HC-3
SW -18 pt
-21.5%
50.33
100
0.666
0.607
-8.9%
底部- 13 pt
-13.4%
100
HC-比较
SW -18 pt
-3.9%
44.17
100
0.573
0.643
12.2%
底部- 13 pt
-4.5%
100
CW HC对照(PE)
SW -17 pt
-3.7%
50.24
100
0.540
0.552
2.2%
底部- 14 pt
-5.5%
100
HC-对照(水性)
SW - 14 pt
-15.4%
41.57
100
0.405
0.304
-25.0%
底部- 11 pt
-11.7%
100
以上实验结果表明,本描述的涂布纸板容器具有与具有聚乙烯挤出涂层的常规纸板杯相当的性能和性质。相应地,在不牺牲性能和性质的情况下,由于水性阻隔涂层在再制浆期间容易分解,因而本发明的涂布纸板容器实现了改进的可再制浆率。
尽管已示出和描述了所公开的涂布纸板容器的各种实施例,但是本领域技术人员在阅读说明书时可想到各种修改。本申请包括此类修改并且仅由权利要求的范围限制。
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