阅读说明：本技术 挤出涂覆基于纤维的基材的改进的方法 (Improved method for extrusion coating of fiber-based substrates ) 是由 J.拉萨南 K.尼瓦莱南 V.里布 E.苏卡斯 J.库乌西帕洛 于 2018-05-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及挤出涂覆基于纤维的基材的方法,其中在挤出涂覆方法中在线使用双螺杆挤出机。(The present invention relates to a method for extrusion coating a fiber-based substrate, wherein a twin-screw extruder is used in-line in the extrusion coating method.)

挤出涂覆基于纤维的基材的改进的方法

技术领域

本发明涉及挤出涂覆基于纤维的基材的方法，其中在挤出涂覆方法中在线使用双螺杆挤出机。

背景技术

用作包装(比如液体包装或食品包装)的基于纤维的产品必须能够承受被包装的物品的影响，比如液体和/或食品对基于纤维的产品的影响。一种方式是向基于纤维的产品提供阻隔体，例如耐受水或油脂的阻隔体，其使得基于纤维的产品更耐受液体和/或油脂。阻隔体通常通过用赋予基材阻隔性质的组合物涂覆基于纤维的基材而产生。取决于阻隔体所需要的性质，可施加不同的涂料。在基于纤维的产品上形成阻隔体时最常用的材料为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乙烯-乙烯醇(EVOH)或乙烯乙酸乙烯酯(EVA)。可例如将聚合物层压或挤出涂覆至基于纤维的产品。目前，大部分阻隔涂层(涂料)都用挤出涂覆技术制造并且因此在单独的涂覆单元中离线制备。挤出涂覆典型地涉及熔化聚合物并且通过平模挤出。在离开模头之后，熔体帘状物(melt curtain)铺放在快速移动的基材上并且在冷辊上猝火。

离线进行挤出涂覆是昂贵的，因为这需要额外地处理卷盘(reels)以及另外的转化步骤。

包含阻隔体的基于纤维的产品的另一重要性质是其强度以及其耐弯曲性是足够良好的以用于待形成的包装。

待用于包装的基于纤维的产品的制造中另一重要方面是可涂覆基于纤维的基材的速度以及所获得的涂层的性质。

为了获得适合用作包装的基于纤维的材料，挤出涂覆是一种特别引人关注的技术。理想地，应当在高线速度下，以低成本进行这样的挤出涂覆，并且其中涂层和经涂覆的基材具有足够的性质。

在挤出涂覆中，在聚合物和基于纤维的基材之间获得充分的粘附性是必需的。为了实现这一点以及其他重要的性质，将添加剂与一种或多种聚合物混合以获得适合用于挤出涂覆的材料。

聚合物和添加剂之间的混合是能够有效实施基于纤维的基材的挤出涂覆的关键因素。

为了实现用于挤出涂覆的添加剂和聚合物的期望的混合，可离线使用双螺杆挤出机，即不直接与挤出涂覆方法相连。双螺杆挤出机可例如用于制备包含聚合物和添加剂的丸粒，比如在WO2004/092273中。然后将所获得的丸粒转移到用于挤出涂覆的工艺线，在此处丸粒可被熔化，引入到掺混机中并且随后用于挤出涂覆方法(工艺)中。

就在挤出涂覆方法中在线使用挤出机的程度而言，这样的挤出机为单螺杆挤出机。这阐述在US5,938,648中。

存在与在挤出涂覆中使用单螺杆技术相关的若干缺点。在单螺杆挤出机的情况下典型使用的高剪切力和温度可引起所使用的聚合物的过度降解或甚至交联。因此，单螺杆挤出机仅适合有限范围的可承受典型使用条件的聚合物。使用单螺杆挤出机的另一缺点为添加剂的均匀分散是困难的或不可能实现的。

传统上，在离线运行中使用单螺杆或偶尔地双螺杆挤出机以制备母料或与各种添加剂混合的聚合物的掺混物。从需要将经挤出的材料从离线环境移动至用于挤出涂覆的机械装置来看，该方式典型地涉及高成本。或者，可购买预制的母料，这也涉及显著的成本。

当使用单螺杆挤出机时，与使用单螺杆挤出机相关的另一缺点为将添加剂与聚合物混合通常是不充分的。这可导致聚合物-添加剂掺和物不是足够均匀的且可最终负面影响挤出涂覆产品的质量和性质。

因此需要更有效的挤出涂覆的方法，特别是适合高速和连续挤出涂覆的方法。

发明内容

已经令人惊奇地发现在挤出涂覆基于纤维的基材的方法中在线使用双螺杆挤出机提供了数个优点。

已经发现使用双螺杆挤出机提供了改进的挤出涂覆方法的效率并且可克服现有挤出的许多缺点。特别地，本发明避免了聚合物材料在挤出机中的降解和交联。另外，本发明提供了所述至少一种聚合物与所述至少一种添加剂的改进的混合，这改进了挤出涂覆产品的性质。在在线运行中使用双螺杆挤出机还能够实现更高的挤出涂覆速度。挤出涂覆的材料的输出量显著地高于当使用过单螺杆挤出机时的情况。因此能够在挤出涂覆中实现更高的线速度。在一些实施方式中，提高的线速度例如对于涂料对基于纤维的基材的粘附性是有益的。

因此本发明的目标是提供挤出涂覆基于纤维的基材的方法，其特征在于在挤出涂覆的方法中在线使用双螺杆挤出机以及在双螺杆挤出机中进行至少一种聚合物与至少一种添加剂的混合。

在本发明的一个实施方式中，多于一种聚合物与所述至少一种添加剂在双螺杆挤出机中混合。

在本发明的一个实施方式中，多于一种添加剂与至少一种添加剂在双螺杆挤出机中混合。

在本发明的一个实施方式中，至少一种添加剂为固体形式。在一个实施方式中，至少一种添加剂为液体形式。在一个实施方式中，至少一种添加剂为气体形式。

附图说明

图1：挤出涂覆基于纤维的基材。

具体实施方式

本发明涉及挤出涂覆基于纤维的基材的方法，其特征在于在挤出涂覆的方法中在线使用双螺杆挤出机以及在双螺杆挤出机中进行至少一种聚合物与至少一种添加剂的混合。

根据本发明使用的基于纤维的基材可为适合用于挤出涂覆的任意基于纤维的基材。这样的基于纤维的基材的实例包括板和纸。

在本发明的一个实施方式中，基于纤维的基材在挤出涂覆前被预处理。这样的预处理可涉及火焰处理、等离子体处理、电晕处理和/或臭氧处理。在一个实施方式中，通过挤出涂覆施加的涂料的量为4-60g/m²，比如15-30g/m²或6-30g/m²或8-30g/m²或6-30g/m²或6-12g/m²。

根据本发明使用的双螺杆挤出机可为适合用于挤出涂覆情况的任意的双螺杆挤出机。这样的双螺杆挤出机能够通过市购获得。通常必须要这样选择双螺杆挤出机，即，使得其能力足以用于挤出涂覆的速度，因为其将会用于在线运行中。来自挤出机的输出量优选为至少100kg/h。

挤出涂覆优选在高线速度下进行。优选地，线速度为至少100m/min，更优选至少300m/min，最优选300m/min至700m/min。

本文所使用的术语“在线”是指使用与挤出涂覆方法以及用于该方法的设计为连续运行的设备相连的双螺杆挤出机，比如与挤出涂覆/挤出层压线或造纸机或制板机相连，或者作为挤出涂覆/挤出层压线或造纸机或制板机的一部分。因此，“在线”与“离线”是相对的，后者描述了这样的方法，其中双螺杆挤出机与挤出涂覆方法分开运行并且其中双螺杆挤出机可间歇运行和/或用于制造母料，比如丸粒或粒料形式的母料，其随后用于挤出涂覆。

根据本发明所使用的聚合物是适合用于挤出涂覆基于纤维的基材的任意聚合物。这样的聚合物的实例为聚烯烃比如聚乙烯(PE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)、COC，聚酯比如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乳酸(PLA)以及生物聚合物，包括基于淀粉的材料，共聚物，比如乙酸酯、丙烯酸酯、丙烯酸、丙烯腈、甲基丙烯酸、乙酸乙烯酯、丙烯酸酯共聚物，高阻隔性聚合物，比如乙烯-乙烯醇(EVOH)、聚酰胺、PVOH、PGA、聚乙烯醇(PVA)，以及聚合物，比如改性苯乙烯，丁二烯，富马酸或马来酸二酯，纤维素酯，淀粉醚，和生物聚合物，比如PLA、PBAT、PBS、PBSA、PHA。

在本发明的一个实施方式中，所使用的聚合物在用于挤出涂覆之前不进行预干燥。在传统的单螺杆挤出涂覆中，聚合物原材料中的水分是不被接受的并且因此亲水聚合物(如聚酯，PA，EVOH，淀粉等)在挤出涂覆前必须被预干燥。在双螺杆挤出中可避免干燥，因为在双螺杆方法期间通过真空泵可从聚合物熔体中去除水分。这可提供改进的生产效率、更少的能量消耗以及改进的涂覆性能。

根据本发明所使用的添加剂是适合用于与聚合物混合并且适合用于挤出涂覆基于纤维的基材的任意添加剂。这样的添加剂的实例为粒料形式的材料(例如聚合物或聚合物母料)，无机填料，粉末/粉尘形式的材料(例如CaCO₃，滑石，高岭土，颜料，比如TiO₂)，碎片(薄片)形式的材料，液体形式的材料(例如扩链剂，蜡，增粘剂)，气体形式的材料(例如CO₂，氮气)，高度粘稠的材料，液体材料，多种形式的其他添加剂和气体，比如表面活性剂，微原纤化纤维素，发泡剂，玻璃，玻璃纤维等。使用双螺杆挤出机能够允许使用气态添加剂以及湿纤维素材料和没有经过预干燥的聚酯。在本发明的一个实施方式中，气态添加剂，比如CO₂和/或氮气以及湿纤维素材料和至少一种没有经过预干燥的聚合物在双螺杆挤出机中混合。

根据本发明的方法中使用的添加剂的量可取决于挤出涂覆产品的期望的性质以及取决于所涉及的添加剂而进行调整。典型地，使用一种或多种添加剂。添加剂的总量为最高达离开双螺杆挤出机的材料的约80重量％，比如最高达离开双螺杆挤出机的材料的70重量％或最高达60重量％或最高达50重量％或最高达40重量％或最高达30重量％或最高达20重量％或最高达10重量％。典型地，添加剂的总量为离开双螺杆挤出机的材料的至少1重量％，比如离开双螺杆挤出机的材料的至少2重量％或至少5重量％或至少10重量％或至少20重量％或至少30重量％或至少40重量％或至少50重量％或至少60重量％或至少70重量％。

在本发明的一个实施方式中，在双螺杆挤出机中在螺杆长度的约3/4期间使用受控的加热和剪切梯度。梯度典型地使得在螺杆的末端施加最大温度和剪切，即就在模头之前。使用这样的梯度典型的有利于基于纤维的基材和通过挤出涂覆施加的涂料之间的粘附性质。

本发明的一个实施方式阐述于图1中。双螺杆挤出机(1)用于将至少一种聚合物和至少一种添加剂混合。聚合物和添加剂之间的混合物离开双螺杆挤出机并且在被施加至基于纤维的基材(3)之前通过模头(2)。随着挤出涂覆的进行，基于纤维的基材(1)通过压辊(5)，并且经涂覆的基于纤维的基材在冷却或冷冻辊(5)和另外的压辊(6)之间被挤压。

实施例

实施例1

进行测试，其中在挤出涂覆基于纤维的基材的方法中在线使用双螺杆挤出机。

双螺杆为60mm共旋转双螺杆，L/D40，最高600rpm且输出量为100-1200kg/h。线速度为最高达25m/min且通过电晕处理来对基于纤维的基材进行预处理。螺杆设置为用于PET的低能量输入螺杆设置。宽度为T-slot形式的700mm。

所使用的基于纤维的基材为市购的Stora Enso Trayforma 190g/m²。

涂料选自:

-LDPE

-LDPE和填料(CaCO₃，滑石)

-PET

-PET和填料(CaCO₃，滑石)

-PET和扩链剂

-LDPE和发泡剂

涂料(涂层)厚度为约100μm至140μm。

鉴于以上对本发明的详细描述，其他修改和变型对于本领域技术人员将变得显而易见。然而，显而易见的是，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行这样的其他修改和变型。