(57)【要約】本発明の複数の態様は、第１及び第２の主表面を有する基材；並びに基材の第１及び第２の主表面の少なくとも１つの上に配されている堆肥化可能な被覆；を含む被覆基材に関する。基材はセルロース材料を含む。堆肥化可能な被覆は、少なくとも１種類の堆肥化可能なポリマー及び分散剤を含み、約２０グラム／平方メートル未満の被覆重量で基材上に配することができる。この被覆基材は、ＴＡＰＰＩ−５５９キット試験にしたがって測定して約４〜約１２の範囲の耐グリース性を有する。幾つかの態様においては、堆肥化可能な被覆は、堆肥化可能なポリマー及び分散剤の水性分散液から形成される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆基材であって：
第１及び第２の主表面を含み、セルロース材料を含む基材；及び
少なくとも１種類の堆肥化可能なポリマー及び分散剤を含む堆肥化可能な被覆であって、前記堆肥化可能な被覆は、前記第１及び第２の主表面の少なくとも１つの上に配置されており、乾燥重量基準で約２０グラム／平方メートル（ｇｓｍ）未満の被覆重量を有する、前記堆肥化可能な被覆；
を含み、
前記被覆基材はＴＡＰＰＩ−５５９キット試験にしたがって測定して４〜１２の範囲の耐グリース性を有する、前記被覆基材。
【請求項２】
前記被覆基材が堆肥化可能である、請求項１に記載の被覆基材。
【請求項３】
前記被覆基材が紙を含む、請求項１に記載の被覆基材。
【請求項４】
前記被覆基材が、ＡＳＴＭ−Ｄ３２８５にしたがって測定して約２分後に約２０以下のCobb値を示す、請求項１に記載の被覆基材。
【請求項５】
前記堆肥化可能な被覆が、乾燥重量基準で約１０ｇｓｍ以下の被覆重量を有する、請求項１に記載の被覆基材。
【請求項６】
前記堆肥化可能な被覆が、乾燥重量基準で約１ｇｓｍ〜約５ｇｓｍの被覆重量を有する、請求項１に記載の被覆基材。
【請求項７】
前記堆肥化可能な被覆が、乾燥重量基準で５重量％未満の堆肥化可能でない添加剤を含む、請求項１に記載の被覆基材。
【請求項８】
前記堆肥化可能な被覆が、乾燥重量基準で１重量％以下の任意の１種類の堆肥化可能でない添加剤を含む、請求項１に記載の被覆基材。
【請求項９】
前記堆肥化可能なポリマーが生分解性ポリエステルを含む、請求項１に記載の被覆基材。
【請求項１０】
前記生分解性ポリエステルが、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリマレート（ＰＭＡ）、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、ポリヒドロキシブチレート（ＰＨＢ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリエステルアミド（ＰＥＡ）、ポリヒドロキシバレレート（ＰＨＶ）、ポリヒドロキシヘキサノエート（ＰＨＨ）、脂肪族コポリエステル（ＰＢＳＡ）、ポリエチレンフラノエート（ＰＥＦ）、ポリブチレンスクシネート（ＰＢＳ）、ポリ（ポリセベート）(poly(polysebate))（ＰＰＳ）、及びポリグリコール酸からなる群から選択されるポリマーを含む、請求項１１に記載の被覆基材。
【請求項１１】
前記分散剤が、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、セルロース系多糖、バイオポリマー多糖、合成炭化水素ポリマー、鹸化脂肪酸、アクリルコポリマー、ポリアクリレートアンモニウム塩、ポリエーテルカルボキシレートポリマー、及び塩基中和エチレンアクリル酸コポリマーからなる群から選択される、請求項１に記載の被覆基材。
【請求項１２】
前記堆肥化可能な被覆がレオロジー調整剤を更に含む、請求項１に記載の被覆基材。
【請求項１３】
前記レオロジー調整剤が、無機クレイ、セルロース系多糖、合成炭化水素ポリマー、ポリオレフィンスルホネート及びそのコポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリスチレンと無水マレイン酸のコポリマー、ポリメチレンエーテルと無水マレイン酸のコポリマー、バイオポリマー多糖、アクリルコポリマー、ポリアクリレートアンモニウム塩、ポリエーテルカルボキシレートポリマー、及び塩基中和エチレンアクリル酸コポリマーからなる群から選択される、請求項１４に記載の被覆基材。
【請求項１４】
前記堆肥化可能な被覆がワックスを含む、請求項１４に記載の被覆基材。
【請求項１５】
前記被覆基材が、ＴＡＰＰＩ−５５９キット試験にしたがって測定して７〜１２の範囲の耐グリース性を有する、請求項１に記載の被覆基材。
【請求項１６】
請求項１に記載の被覆基材を含む製品包装体。
【請求項１７】
基材及び堆肥化可能な被覆を含む堆肥化可能な被覆基材を製造する方法であって、
セルロース材料を含む前記基材上に、少なくとも１種類の堆肥化可能なポリマー及び水を含む水性分散液を施すことによって前記堆肥化可能な被覆基材を製造する工程；
を含み；
前記堆肥化可能な被覆は、乾燥重量基準で約２０グラム／平方メートル（ｇｓｍ）以下の被覆重量を有し；
前記堆肥化可能な被覆基材は、ＴＡＰＰＩ−５５９キット試験にしたがって測定して４〜１２の範囲の耐グリース性を有する、前記方法。
【請求項１８】
前記堆肥化可能なポリマーがポリ乳酸（ＰＬＡ）を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記堆肥化可能な被覆の被覆重量が乾燥重量基準で約１０ｇｓｍ以下である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記堆肥化可能な被覆の被覆重量が乾燥重量基準で約１ｇｓｍ〜約５ｇｓｍである、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記堆肥化可能な被覆基材が、ＴＡＰＰＩ−５５９キット試験にしたがって測定して７〜１２の範囲の耐グリース性を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記水性分散液が少なくとも１種類の分散剤を含み、前記分散剤は、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、セルロース系多糖、バイオポリマー多糖、合成炭化水素ポリマー、鹸化脂肪酸、アクリルコポリマー、ポリアクリレートアンモニウム塩、ポリエーテルカルボキシレートポリマー、及び塩基中和エチレンアクリル酸コポリマーからなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記堆肥化可能なポリマーが、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリマレート（ＰＭＡ）、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、ポリヒドロキシブチレート（ＰＨＢ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリエステルアミド（ＰＥＡ）、ポリヒドロキシバレレート（ＰＨＶ）、ポリヒドロキシヘキサノエート（ＰＨＨ）、脂肪族コポリエステル（ＰＢＳＡ）、ポリエチレンフラノエート（ＰＥＦ）、ポリブチレンスクシネート（ＰＢＳ）、ポリ（ポリセベート）（ＰＰＳ）、及びポリグリコール酸からなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記被覆基材が、ＡＳＴＭ−Ｄ３２８５にしたがって測定して約２分後に約２０以下のCobb値を示す、請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記少なくとも１種類の堆肥化可能なポリマーが約０．２μｍ〜約２０μｍの粒径を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
被覆基材であって：
第１及び第２の主表面を含み、セルロース材料を含む基材；及び
少なくとも１種類の堆肥化可能なポリマー及び分散剤を含む堆肥化可能な被覆であって、前記堆肥化可能な被覆は、前記第１及び第２の主表面の少なくとも１つの上に配置されており、乾燥重量基準で約２０グラム／平方メートル（ｇｓｍ）未満の被覆重量を有する、前記堆肥化可能な被覆；
を含む、前記被覆基材。
【請求項２７】
前記被覆基材が紙を含む、請求項２６に記載の被覆基材。
【請求項２８】
前記被覆基材が、ＡＳＴＭ−Ｄ３２８５にしたがって測定して約２分後に約２０以下のCobb値を示す、請求項２６に記載の被覆基材。
【請求項２９】
前記堆肥化可能な被覆が乾燥重量基準で約１０ｇｓｍ以下の被覆重量を有する、請求項２６に記載の被覆基材。
【請求項３０】
前記堆肥化可能な被覆が５重量％未満の堆肥化可能でない添加剤を含む、請求項２６に記載の被覆基材。
【請求項３１】
前記堆肥化可能なポリマーが、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリマレート（ＰＭＡ）、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、ポリヒドロキシブチレート（ＰＨＢ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリエステルアミド（ＰＥＡ）、ポリヒドロキシバレレート（ＰＨＶ）、ポリヒドロキシヘキサノエート（ＰＨＨ）、脂肪族コポリエステル（ＰＢＳＡ）、ポリエチレンフラノエート（ＰＥＦ）、ポリブチレンスクシネート（ＰＢＳ）、ポリ（ポリセベート）（ＰＰＳ）、及びポリグリコール酸からなる群から選択される、請求項２６に記載の被覆基材。
【請求項３２】
前記分散剤が、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、セルロース系多糖、バイオポリマー多糖、合成炭化水素ポリマー、鹸化脂肪酸、アクリルコポリマー、ポリアクリレートアンモニウム塩、ポリエーテルカルボキシレートポリマー、及び塩基中和エチレンアクリル酸コポリマーからなる群から選択される、請求項２６に記載の被覆基材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本出願は、２０１６年１２月２０日出願の米国仮出願６２／４３６，６１５の利益を主張する。
[0002]本発明の複数の態様は、概して堆肥化可能な被覆基材及び堆肥化可能な被覆基材を製造する方法に関する。より詳しくは、本発明の複数の態様は、少なくとも１種類の堆肥化可能なポリマー及び分散剤を含む堆肥化可能な被覆で被覆されたセルロース基材を含み、改良された耐グリース性を有する堆肥化可能な被覆基材に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0003]水性ポリマー分散液は、接着剤、バインダー、サイジング剤、シーラント、プライマー、インク、塗料、シード又は粒子被覆系、及び紙被覆のような広範囲の技術用途において用いられている。かかる分散液はまた、薬剤送達のために医薬産業において、医療試験キットにおいて、又は化粧品における添加剤としても用いられている。かかる分散液の１つの用途は、紙、板紙包装、プラスチックフィルム、及び容器上にバリヤ被覆を形成することである。しかしながら、かかる分散液及び被覆を形成するのに用いられる合成ポリマーは、通常は石油由来のものである。これにより、時にはポリマーをリサイクル又は堆肥化することが困難になる可能性があり、その結果として、これらのポリマーは生分解性又は堆肥化可能性が求められる埋立において問題がある可能性がある。
【０００３】
[0004]更に、堆肥化可能又は生分解性のポリマーを用いる場合においても、従来の水性ポリマー被覆は有意量の堆肥化可能でない材料を用いており、これによって得られるポリマー被覆が生分解性になるのが妨げられる。具体的には、これらの水性ポリマー被覆は、堆肥化可能又は生分解性のポリマーを揮発性有機溶媒中に溶解し、溶解された材料を基材上に被覆し、次に溶媒を除去することを伴う。しかしながら、これによってかかる揮発性化合物の取扱上及び廃棄上の問題が生起する。これらの問題には、毒性、燃焼性、及び環境汚染が含まれていた。更に、かかるフィルムにおいてはまた、被覆中に若干の残留溶媒が残留する可能性もあり、これによって悪影響が与えられて食品接触材規制の順守が妨げられる可能性がある。
【０００４】
[0005]生分解性ポリマーを含む被覆を製造するための別の試みは、かかるポリマーを溶融し、次にそれらをフィルム上に押出すことを伴う。しかしながら、これはしばしばポリマーを高い温度で加工することが必要であり、これによりポリマーの早期分解が引き起こされる可能性がある。他の方法は押出及び延伸技術を用いており、これらは材料及びエネルギー集約型であった。更に、溶融押出されたポリマー被覆は、通常は多くの被覆用途、例えば紙又は他のセルロース基材上の被覆のためには望ましくない被覆重量を与える。関係する１つ又は複数の基材によって、溶融押出ポリマーのこれらの欠点が非常に大きくなる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[0006]したがって、揮発性有機溶媒を用いないで堆肥化可能又は生分解性のポリマー被覆を達成する水性ポリマー被覆プロセスに対する必要性が未だ存在する。更に、望ましいバリヤ特性、例えば耐油性及び耐グリース性を維持しながら望ましいより低い被覆重量を達成する堆肥化可能又は生分解性の被覆に対する更なる必要性が存在する。本発明の複数の態様はこれらの必要性を満足する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0007]種々の態様は、第１及び第２の主表面を有する基材、及び基材の第１及び第２の主表面の少なくとも１つの上に配されている堆肥化可能な被覆を含む被覆基材を包含する。基材はセルロース材料を含む。乾燥重量基準で約２０グラム／平方メートル（ｇｓｍ）未満の被覆重量を有する堆肥化可能な被覆は、少なくとも１種類の堆肥化可能なポリマー及び分散剤を含む。被覆基材は、ＴＡＰＰＩ−５５９キット試験にしたがって測定して約４〜約１２の範囲の耐グリース性を有する。
【０００７】
[0008]本明細書に記載する種々の態様はまた、基材及び堆肥化可能な被覆を含む堆肥化可能な被覆基材を製造する方法も包含する。この方法は、少なくとも１種類の堆肥化可能なポリマー及び水を含む水性分散液を基材上に施すことによって堆肥化可能な被覆基材を製造することを含む。基材にはセルロース材料を含ませることができ、堆肥化可能な被覆は乾燥重量基準で約２０グラム／平方メートル（ｇｓｍ）以下の被覆重量を有し得る。更に、堆肥化可能な被覆基材は、ＴＡＰＰＩ−５５９キット試験にしたがって測定して４〜１２の範囲の耐グリース性を示すことができる。
【０００８】
[0009]したがって、本発明における種々の態様は、堆肥化可能なポリマーの水性分散液を堆肥化可能な基材に施すのに有効な方法を提供する。更に、本発明における種々の態様は、耐油性及び耐グリース性を有する堆肥化可能な被覆基材を提供する。他の特徴は、以下の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
定義：
[0010]本明細書において用いる「堆肥化可能な」物質とは、堆肥化中に生物学的プロセスによる分解を受けて、他の公知の堆肥化可能な材料と一致する速度でＣＯ２、水、無機化合物、及びバイオマスを生成し、視認できる残渣、識別できる残渣、又は毒性の残渣を残留させない物質である。本明細書において用いる「堆肥化」という用語は、好気性の中温及び高温分解による物質の腐植土への生物学的分解及び変換を制御する管理されたプロセスを指す。この「堆肥化可能」の定義は、「紙及び他の基材に関する被覆又は添加剤としてのプラスチック及びポリマー」に関するＡＳＴＭ−Ｄ６８６８−１１において規定されている要件に一致する。堆肥化可能なポリマーとは、堆肥化可能であるポリマー材料を指すことができ、複数の堆肥化可能なポリマーのコポリマー及びブレンドも、堆肥化可能なポリマーの範囲内に包含される。
【００１０】
[0011]本明細書において用いる「生分解性ポリエステル」とは、天然に存在する微生物、バクテリア、古細菌、菌類、藻類、又はこれらの組合せの活性の結果として分解を受けるポリエステルを指す。この「生分解性ポリエステル」の定義は、ＡＳＴＭ−Ｄ６８６８−１１において規定されている生分解性プラスチックの定義に一致する。
【００１１】
[0012]本明細書において用いる「揮発性有機溶媒」とは、周囲温度において、化合物の少なくとも一部が蒸発、昇華、又は周囲外気中に取り込まれるような蒸気圧を有する有機化合物を指し、これは米国環境保護局試験法２４によって測定することができる。
【００１２】
[0013]本明細書において用いる分散液は、分散液中のポリマーが、規定の温度において貯蔵している間に規定の時間にわたってモノマー形態又は他の分解物質に分解することなくそれらの構造及び分子量を実質的に維持するならば、「加水分解安定性」である。本明細書の文脈においては、分散液は、周囲条件乃至５０℃の範囲の温度において貯蔵している際に３０日乃至１年の期間にわたって１０％以下の固形分の損失を維持するならば、加水分解安定性である。
【００１３】
堆肥化可能な被覆基材
[0014]本発明の複数の態様は、その上に堆肥化可能な被覆が配されているセルロース基材を含む被覆基材に関する。種々の態様においては、堆肥化可能な被覆は少なくとも１種類の堆肥化可能なポリマー及び分散剤を含む。
【００１４】
[0015]種々の態様においては、基材は第１及び第２の主表面を含み、セルロース材料を含む。セルロース材料としては、セルロース紙、工作用紙、クラフト紙、アート紙、板紙、塗工紙などのような紙材料を挙げることができるが、これらに限定されない。セルロース材料はまた、例えばセルロース繊維から形成される布帛又は編織布のような材料であってもよい。１以上の態様においては、基材は堆肥化可能である。
【００１５】
[0016]種々の態様においては、堆肥化可能な被覆は、基材の第１及び第２の主表面の少なくとも１つの上に配される。他の態様においては、堆肥化可能な被覆は、基材の第１及び第２の主表面の両方の上に配される。種々の態様の堆肥化可能な被覆は、堆肥化可能なポリマーの水性分散液として基材に施すことができる。
【００１６】
[0017]堆肥化可能なポリマーは、任意の公知のクラスの堆肥化可能なポリマーであってよい。例えば、堆肥化可能なポリマーは生分解性ポリエステルを含んでいてよい。他の態様においては、堆肥化可能なポリマーは、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリマレート(polymalate)（ＰＭＡ）、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリエステルアミド（ＰＥＡ）、ポリヒドロキシバレレート（ＰＨＶ）、ポリヒドロキシヘキサノエート（ＰＨＨ）、脂肪族コポリエステル（ＰＢＳＡ）、ポリエチレンフラノエート（ＰＥＦ）、ポリブチレンスクシネート（ＰＢＳ）、ポリグリコール酸、脂肪族ポリアスパラギン酸ポリ尿素、大豆系ポリマー、ポリブチルスチレン（ＰＢＳ）、並びにこれらの混合物及びコポリマーからなる群から選択することができる。特定の態様においては、分散剤はポリビニルアルコールを含む。
【００１７】
[0018]１以上の態様においては、堆肥化可能な被覆は、堆肥化可能な被覆の全乾燥重量を基準として約６０重量％〜約９９重量％の少なくとも１種類の堆肥化可能なポリマーを含む。他の態様においては、堆肥化可能な被覆は、堆肥化可能な被覆の全乾燥重量を基準として約６０重量％〜約９５重量％、約７０重量％〜約９９重量％、約７５重量％〜約９５重量％、又は約７５重量％〜約９０重量％を含む。
【００１８】
[0019]堆肥化可能なポリマーに加えて、堆肥化可能な被覆は少なくとも１種類の分散剤を含む。理論に縛られることは望まないが、分散剤は、堆肥化可能なポリマーの粒子を少なくとも部分的に封入して分散液中におけるかかる粒子の安定性を増大させて、粒子が凝集及び分散液から沈降又は浮遊することを阻止するように作用すると考えられる。この封入によって、少なくとも１種類の堆肥化可能なポリマーと周囲の分散液の連続相との間の界面張力を減少させることができる。幾つかの場合においては、分散剤は堆肥化可能なポリマー粒子の表面上に被覆を形成するように作用させることができる。更に理論には縛られないが、分散剤は、他の揮発性有機溶媒を用いないで水性分散液の被覆を促進させる。
【００１９】
[0020]１以上の態様においては、分散剤は、ポリビニルアルコール、セルロース系多糖、例えばカルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、及びメチルセルロース；バイオポリマー多糖、例えばジェランガム、ラムザンガム、ウェランガム、キサンタンガム、グアーガム、ヒドロキシプロピルグアーガム、及びアルギン酸ナトリウム；合成炭化水素ポリマー、例えばポリアクリルアミド及びそのコポリマー、ポリエチレンオキシド、ポリヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ポリ（メタ）アクリル酸及びそのコポリマー、ポリオレフィンスルホネートコポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリスチレンと無水マレイン酸のコポリマー、ポリメチレンエーテルと無水マレイン酸のコポリマー；並びに鹸化脂肪酸、例えばステアリン酸、パルミチン酸、オレイン酸、リノール酸、ラウリン酸、ベヘン酸、エルカ酸、リグノセリン酸、ネルボン酸、ブラシジン酸、ガドレイン酸、バクセン酸、カプロレイン酸、ラウロレイン酸、ミリストレイン酸、エライジン酸、パルミトレイン酸、イコサン酸、ミリスチン酸、オクタン酸、ヘキサン酸、ブタン酸、又は１２炭素〜６０炭素の炭素鎖長を有する他の長鎖カルボン酸、並びにこれらの組合せ及びコポリマー；からなる群から選択される。他の態様においては、分散剤は、Baker Hughes Incorporated (Houston, Texas,米国）からの複数の長鎖カルボン酸の商業的に入手できるブレンドであるUNICID（登録商標）350を含む。特定の態様においては、分散剤はポリビニルアルコールを含む。
【００２０】
[0021]種々の態様においては、堆肥化可能な被覆は、堆肥化可能な被覆の全乾燥重量を基準として約０．１重量％〜約３．０重量％の分散剤を含む。例えば、堆肥化可能な被覆は、堆肥化可能な被覆の全乾燥重量を基準として約０．５重量％〜約３．０重量％、約１．０重量％〜約３．０重量％、又は約１．５重量％〜約２．５重量％の分散剤を含む。
【００２１】
[0022]更なる態様においては、堆肥化可能な被覆にはまたワックスを含ませることもできる。ワックスは、例えば動物系、植物系、鉱物系、又は石油系ワックスであってよい。ワックスの例としては、例として（限定ではない）、エマルジョン又は微粉化ワックス、例えばフィッシャー・トロプシュワックス、カルナバワックス、ポリエチレンワックス、大豆ワックス、パラフィンワックス、スケールワックス、スラックワックス、他の植物系ワックス、又はこれらの混合物を挙げることができる。堆肥化可能な被覆には、単一のワックス又は複数のワックスのブレンドを含ませることができる。ワックスの種々の量が意図される。例えば、堆肥化可能な被覆には、堆肥化可能な被覆の乾燥重量を基準として０〜２０重量％を含ませることができる。更なる態様においては、堆肥化可能な被覆には、堆肥化可能な被覆の乾燥重量を基準として１〜１５重量％を含ませることができる。
【００２２】
[0023]随意的な態様においては、堆肥化可能な被覆に他の添加剤を加えることができる。幾つかの態様によれば、添加剤は堆肥化可能である。しかしながら、幾つかの他の態様においては、１種類以上の堆肥化可能でない添加剤を含ませることができる。かかる態様においては、堆肥化可能でない添加剤の量は、堆肥化可能な被覆の乾燥重量を基準として５重量％未満である。更に、堆肥化可能な被覆は、乾燥重量基準で１重量％以下の任意の堆肥化可能でない添加剤を含む。理論には縛られないが、堆肥化可能な被覆中の堆肥化可能でない添加剤の存在を乾燥重量基準で５重量％未満に制限すると、実施態様の被覆基材の堆肥化可能性に影響を与えない。
【００２３】
[0024]１以上の態様においては、堆肥化可能な被覆は、乾燥重量基準で約２０グラム／平方メートル（ｇｓｍ）以下の被覆重量を有する。他の態様においては、堆肥化可能な被覆は、乾燥重量基準で約２０ｇｓｍ未満、約１５ｇｓｍ以下、約１０ｇｓｍ以下、約１ｇｓｍ〜約５ｇｓｍ、又は約１ｇｓｍ〜約２０ｇｓｍの被覆重量を有し得る。より低い被覆重量はより少ない材料を用いており、より工業的に効率的である可能性があるが、しばしば被覆基材に所望の特性を与えることができない。驚くべきことに、本明細書に記載する堆肥化可能な被覆の水性分散液、堆肥化可能な基材、及び方法を用いると、比較的低い被覆重量、例えば２０ｇｓｍ未満で所望の特性を被覆基材に与えることができる。
【００２４】
被覆プロセス
[0025]更なる態様においては、堆肥化可能な被覆は、水性分散液としてセルロース基材上に施すことができる。幾つかの態様においては、水性分散液は、揮発性有機化合物、フルオロカーボン、又は両方を実質的に含まなくすることができる。本明細書において用いる「実質的に含まない」とは、水性分散液が水性分散液の全重量を基準として０．２重量パーセント（重量％）未満を含むことを意味する。
【００２５】
[0026]種々の態様は、水性分散液を製造することを意図する。一態様においては、この方法は、堆肥化可能なポリマー、水、及び分散剤を一緒にブレンドすることによって、堆肥化可能なポリマーを約２５℃〜約１７０℃の間の温度で乳化して、堆肥化可能なポリマーの粒子の加水分解安定性の水性分散液を形成することを含む。一態様によれば、堆肥化可能なポリマーは、水とブレンドして水性分散液を形成する前に、その融点より高い温度に加熱する。次に、分散剤の水溶液を分散液中にブレンドする。
【００２６】
[0027]１以上のかかる水性分散液において、少なくとも１種類の堆肥化可能なポリマーは、約０．２μｍ〜約５０μｍの粒径を有し得る。他の態様においては、水性分散液の少なくとも１種類の堆肥化可能なポリマーは、約０．２μｍ〜約３０μｍ、約０．２μｍ〜約２０μｍ、約０．２μｍ〜約１０μｍ、約０．２μｍ〜約５μｍ、又は約０．２μｍ〜約１μｍの粒径を有し得る。
【００２７】
[0028]或いは、堆肥化可能なポリマーは微粉化粉末として与えることができ、ブレンドプロセスは、堆肥化可能なポリマーの融点より低い温度で行うことができる。例えば湿式粉砕、ローター／ステーター、キャビテーションミキサーを用いる高圧ホモジナイゼーション、又は超音波混合などの任意の好適な混合装置を用いることができる。或いは、他の混合装置及び方法を用いることができる。
【００２８】
[0029]一態様においては、堆肥化可能なポリマー、水、及び分散剤を一緒にブレンドして分散液を形成し、次に場合によってはレオロジー調整剤を含む水溶液を分散液中にブレンドする。一態様においては、ポリマー溶融体、水、及び分散剤の分散液を形成し、分散液を冷却する。レオロジー調整剤の水溶液を冷却された分散液中にブレンドする。場合によっては、ｐＨ緩衝剤を分散液に加えてそれを安定化させることもできる。
【００２９】
[0030]レオロジー調整剤としては、水性分散液の流動性及び安定性を向上させるのに好適な種々の組成物を挙げることができる。１以上の態様においては、レオロジー調整剤は、無機クレイ、例えばベントナイト、炭酸カルシウム、及びヒュームドシリカ；セルロース系多糖、例えばカルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、及びナノ結晶質セルロース；合成炭化水素ポリマー、例えばポリアクリルアミド及びそのコポリマー、ポリエチレンオキシド、ポリヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ポリ（メタ）アクリル酸及びそのコポリマー、ポリオレフィンスルホネート及びそのコポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリスチレンと無水マレイン酸のコポリマー、ポリメチレンエーテルと無水マレイン酸のコポリマー；バイオポリマー多糖、例えばジェランガム、ラムザンガム、ウェランガム、キサンタンガム、グアーガム、ヒドロキシプロピルグアーガム、及びアルギン酸ナトリウム；からなる群から選択される。
【００３０】
[0031]少なくとも１つの態様においては、分散液は、堆肥化可能なポリマーとしてポリ乳酸の粒子、分散剤としてポリビニルアルコール、及びレオロジー調整剤としてキサンタンガムを含む。他の態様においては、分散液は、堆肥化可能なポリマーとしてポリ乳酸の粒子、分散剤としてポリビニルアルコール、及びレオロジー調整剤としてカルボキシメチルセルロースを含む。
【００３１】
[0032]更に上述したように、水性分散液には、場合によって１種類以上のｐＨ緩衝剤を含ませることができる。随意的なｐＨ緩衝剤は、堆肥化可能なポリマー組成物中に存在する残留酸モノマーを封鎖するために用いることができる。これはまた、下記に記載するように、ｐＨ安定性を７．０の中性のｐＨ付近に維持して、それによって加水分解不安定性を最小にするのを助けることもできる。本態様によれば、分散液は、約３．０〜約１１．５の広いｐＨ範囲にわたって加水分解安定性である。理論に縛られることは望まないが、随意的なｐＨ緩衝剤はまた、塩効果を生起させるように作用させて、水溶性の分散剤、レオロジー調整剤、又は両方を堆肥化可能なポリマー粒子の表面上に沈澱させて、堆肥化可能なポリマー粒子の加水分解からの更なる保護を与えることもできる。一態様においては、ｐＨ緩衝剤は、弱酸又は弱塩基の塩、或いは６〜８の間のｐＫａ値を有する他の公知の緩衝剤からなる群から選択される。
【００３２】
[0033]一態様においては、堆肥化可能な被覆の水性分散液には、水性分散液の全重量を基準として約１０重量％〜約６０重量％の少なくとも１種類の堆肥化可能なポリマー、約１．０重量％〜約８．０重量％の少なくとも１種類の分散剤、約０．０１重量％〜約１．０重量％のレオロジー調整剤、及び残余量の水を含ませることができる。他の態様においては、水性分散液には、水性分散液の全重量を基準として約２１重量％〜約４９重量％の堆肥化可能なポリマー、約１．０重量％〜約８．０重量％の分散剤、及び約０．０１重量％〜約１．０重量％のレオロジー調整剤、並びに残余量の水を含ませることができる。幾つかの態様においては、分散液には、水性分散液の全重量を基準として約３．０重量％〜約１５．０重量％のｐＨ緩衝剤、及び約０．１〜約２．０重量％の塩を更に含ませることができる。少なくとも１つの態様においては、分散液には、水性分散液の全重量を基準として約３．０重量％〜約１１．５重量％のｐＨ緩衝剤、及び約０．１重量％〜約０．５重量％の塩を含ませることができる。
【００３３】
[0034]代表的な態様においては、ポリ乳酸の水性の加水分解安定性分散液を製造する方法は、ポリ乳酸、水、ポリビニルアルコール、及びキサンタンガム（CP KeltrolからのKeltrol（登録商標））を、約２５℃〜約１７０℃の温度において、ポリ乳酸の粒子の水性分散液を形成するのに十分な時間乳化することを含む。この方法は、まずポリ乳酸ポリマーを水の第１の部分及びポリビニルアルコールと一緒にブレンドして第１の混合物を形成することによって行うことができる。次に、第１の混合物を水の第２の部分及びキサンタンガムとブレンドして分散液を形成する。
【００３４】
[0035]セルロース基材上に水性分散液を施すための種々の好適な被覆方法が意図される。水性分散液は、コーティングロッド塗工、又はスプレーコートによってセルロース基材に施すことができる。分散液を基材に施して、リサイクル可能性、再パルプ化可能性、又は被覆基材を堆肥化する能力を犠牲にすることなく、機能性の被覆を含む被覆基材を与えることができる。
【００３５】
バリヤ特性
[0036]更に、種々の態様においては、被覆は、耐水性、耐油及び耐グリース性、又は両方を基材に与えることができる。幾つかの態様においては、被覆はバリヤ機能性を被覆基材に与えることができ、被覆基材は、耐水性、酸素透過バリヤ、又は水蒸気透過バリヤの特性を示すことができる。種々の態様においては、耐水性に関するバリヤ機能性は、ＡＳＴＭ−Ｄ３２８５（ＴＡＰＰＩ−Ｔ−４４１）に規定されているCobbサイジング試験によって測定することができる。
【００３６】
[0037]種々の態様においては、被覆基材は、約２分後に約３０以下、約２０以下、又は約１０以下のCobb値を示す。他の態様においては、被覆基材は、ＴＡＰＰＩ−５５９キット試験にしたがって測定して４〜１２又は７〜１２の範囲の耐グリース性を有する。例えば、被覆基材は、４以上、５以上、６以上、７以上、８以上、約９以上、１０以上、１１以上、又は１２のＴＡＰＰＩ−５５９キット試験等級を有することができる。
【００３７】
用途：
[0038]理論には縛られないが、種々の態様の被覆基材から製造される包装及びフードサービス品は、被覆によってこれらの品物が曝露される環境内の成分から基材及び包装の内容物を保護することを助けることができるので、より長い有用寿命を示すことができる。特に、バリヤ特性を与えることによって、被覆は、環境及び包装の内容物又は品物内に存在する可能性がある成分（油、グリース、及び水など（しかしながらこれらに限定されない））のマイグレーションに抵抗することができる。通常は、かかる成分に曝露されると、かかる包装又は品物の構成において用いられる基材は、分解、崩壊、又は望ましくない形態の他の変化を起こす可能性がある。しかしながら、かかるマイグレーションから基材を保護することによって、被覆は包装又はフードサービス品の有用寿命を増加させることができる。更に、環境成分から包装を保護することによって、被覆は、基材を保護することを助けることができるだけでなく、包装の内容物を保護することを間接的に助けて、それによって製品の貯蔵寿命を延ばすことができる。
【００３８】
試験方法：
耐水性に関するCobbサイジング試験
[0039]Cobbサイジング試験においては、試験する被覆基材の試料を、ほぼ１２．５×１２．５センチメートル（ｃｍ）平方に切断する。試料を秤量してネオプレンマット上に配置し、中空の金属シリンダーを試料上に締着する。金属シリンダーは、１００ｃｍ２、２５ｃｍ２、又は１０ｃｍ２の内面積を有する。試料の材料がテクスチャー加工されている場合には、ネオプレンガスケットを試料とシリンダーの間に、それぞれの内側端部を注意深く整列させて配置する。次に、１００ｃｍ２のシリンダーに関しては１００ｍＬの量の水を試験シリンダー中に注入する。より小さなシリンダーに関しては比例してより少ない液体を用いる。液体を注入した後、タイマーを始動させて試験時間を測定する。試験時間は、試験する試料によって変化し得るが、一般に、２分、１５分、又は３０分である。所定の試験時間の終了の１５秒前に、試験片の未処理（外側）の部分の上に液体がこぼれないように注意を払って、水をシリンダーから速やかに流出させる。シリンダーを試料から取り外し、試料を吸取紙のシートの上に湿った側を上にして配置する。所定の試験時間のちょうど終了時において、吸取紙の第２のシートを試料の上に配置して、幅約２０ｃｍの平滑な面を有する約１０ｋｇの重さのステンレススチールローラーを、ローラー上に下向きの力を加えないで試料及び吸取紙の上を前方に一回、そして後方に一回動かすことによって、余剰の液体を除去する。次に、試料を、吸取紙のシートの間からそれを取り出した後に折り畳んで再び秤量する。試料の当初重量を試料の最終重量から減じて、重量利得（グラム）を、１００ｃｍ２のシリンダーに関しては１００をかけて、吸収された液体の重量（グラム／平方メートル（ｇ／ｍ２））を得る。
【００３９】
耐油／耐グリース性に関するＴＡＰＰＩ−５５９キット試験
[0040]耐油及び耐グリース性は、ＴＡＰＰＩ−５５９キット試験（３Ｍキット試験とも呼ばれる）にしたがって測定することができる。ＴＡＰＰＩ−５５９キット試験においては、異なる量のヒマシ油、トルエン、及びｎ−ヘプタンを用いて、１２種類の腐食性が徐々に高くなっている油溶液を調製する。キット溶液の混合物を下表１に与える。ＴＡＰＰＩ−５５９キット試験において用いるヒマシ油は、０．９６９ｇ／ｃｍ３の密度を有する。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
[0041]ＴＡＰＰＩ−５５９キット試験においては、１滴のキット溶液１を、被覆基材の試料の表面上に約１３ミリメートルの高さから落下させ、約１５．０秒後に拭き取る。その後直ちに、試料の表面を黒ずんだスポットに関して視認検査する。黒ずんだスポットは、ピンホールの存在によってキット溶液が試料の被覆基材中に浸透していることを示す。黒ずんだスポットが存在する場合、及びキット溶液が試料中へ浸透した場合は、この試料は試験に不合格である。試料がキット溶液１による試験に合格する場合には、次にキット溶液２を用いて試験を繰り返す。試料がキット試験に合格するたびに、次の番号のキット溶液を用いる。試料上に黒ずんだスポットをもたらさないで試料の表面上に１５秒間保持される最も大きな番号のキットが特定されるまで、より高い番号のキット溶液を用いて同じようにして試験を繰り返す。不合格をもたらさない最も高い番号のキットを、ＴＡＰＰＩ−５５９キット試験等級として特定する。種々の態様においては、試験を５回繰り返して、結果をそれぞれの試料に関して平均することができる。したがって、可能性があるＴＡＰＰＩ−５５９キット試験等級は１〜１２の範囲であり得、１２が最も高いＴＡＰＰＩ−５５９キット試験等級であり、これは浸食性が最も高い油混合物に対する耐油／耐グリース性を示す。
【実施例】
【００４２】
[0042]複数の態様をより容易に理解することができるように以下の実施例を参照するが、これらは本明細書に開示及び記載されている複数の態様を示すことを意図している。これらの実施例はいかなるようにも範囲を限定しない。
【００４３】
実施例１〜５
[0043]室温において、パドルミキサー内で均一になるまで成分を一緒に混合することによって、５種類の堆肥化可能な被覆の水性分散液を調製した。堆肥化可能な被覆基材の試料は、堆肥化可能な被覆の水性分散液の５種類の異なる配合物のそれぞれ１つの中で被覆したサイズ４のBuschmanロッドを、水性分散液の２つの層を施すために紙基材の上に２回通過させることによって調製した。第２の層は、第１の層を乾燥させる前に施した。被覆を基材に施した後、これらを１０５℃の強制通気オーブン内に１分間配置した。次に、試料を試験の前に室温に冷却した。それぞれの試料において用いた水性分散液に関する配合を下表２に与える。表２にはまた、対応する硬化被覆の乾燥重量配合の詳細も示す。用いたポリ乳酸は、NatureWorks（Minnetonka, Minnesota,米国）からVercet A1000の商品名で販売されている商業的に入手できるポリ乳酸であり、用いたポリビニルアルコールは、Sekisui Chemical Company（日本）からSelvol 203の商品名で販売されている商業的に入手できる製品である。ワックス１及びワックス２は、Michelman, Inc.（Blue Ash, Ohio,米国）によって製造されている商業的に入手できるワックスエマルジョンである。ワックス１は、Michem（登録商標）エマルジョン77150の商品名で販売されており、ワックス２は、Michem（登録商標）エマルジョン80939M2の商品名で販売されている。
【００４４】
【表２】
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【００４５】
比較例Ａ
[0044]実施例１〜５の堆肥化可能な被覆基材の有効性を評価するために、比較例Ａの押出ＰＬＡで被覆された商業的に入手できる紙コップを入手した。
【００４６】
比較例Ｂ
[0045]比較例Ｂは、紙基材を堆肥化可能でない被覆で被覆することによって調製した。堆肥化可能でない被覆は、水、スチレン−アクリレートコポリマー、ワックスエマルジョン、及び乳化剤を、室温においてパドルミキサー内で均一になるまで混合することによって水性分散液として調製した。次に、調製された水性分散液中で被覆したサイズ４のBuschmanロッドを、水性分散液の２つの層を施すために紙基材の上に２回通過させることによって被覆基材試料を調製した。第２の層は、第１の層を乾燥させる前に施した。被覆を基材に施した後、それを１０５℃の強制通気オーブン内に１分間配置した。次に、試料を試験の前に室温に冷却した。
【００４７】
[0046]全ての試料の被覆重量を求めるために、まず未被覆の基材を秤量した。次に、被覆を施して硬化させた後に、被覆した基材を再び秤量した。基材の被覆重量と未被覆重量における差を、グラム／平方メートル（ｇｓｍ）で計算した。次に、全ての試料を、上記でより詳細に記載したように、ＴＡＰＰＩ−５５９キット試験にしたがって耐油及び耐グリース性に関して試験した。これも上記でより詳細に記載したように、試料を更に、ＡＳＴＭ−Ｄ３２８５にしたがい、Cobbサイジング試験を用いて耐水性に関して試験した。Cobbサイジング試験に関する時間間隔は２分間であった。全ての試料に関して、被覆重量並びにＴＡＰＰＩ−５５９キット試験及びCobbサイジング試験に関する結果を表３に示す。また、対照として未被覆の基材も試験した。
【００４８】
【表３】
2020503198.tif 000004
【００４９】
[0047]表３におけるデータによって示されるように、押出ＰＬＡ被覆を含んでいた比較例Ａは、実施例１〜５のＴＡＰＰＩ−５５９キット試験結果によって示されるものと同等の耐油及び耐グリース性の値を有していた。しかしながら、驚くべきことに、実施例１〜５は、比較例Ａの１０％未満の被覆重量によってこの耐油及び耐グリース性を達成することができた。更に、表３におけるデータは、実施例１〜５の堆肥化可能な被覆は、比較例Ｂの堆肥化可能でない被覆と同等の耐油及び耐グリース性を与えることができることを示している。
【００５０】
[0048]実施例１〜５は、堆肥化可能な被覆を溶融押出被覆基材より少ない被覆重量で施して、同等の耐油及び耐グリース性を示すことができることを示している。しかしながら、ここに記載した堆肥化可能な被覆基材の幾つかの用途は、微調整された耐油及び耐グリース性を必要とする。本発明の複数の態様は、ＴＡＰＰＩ−５５９キット試験にしたがって測定して４〜１２の耐油及び耐グリース性を有する堆肥化可能な被覆基材を提供する。堆肥化可能な被覆の水性分散液中の分散剤及びレオロジー調整剤の濃度及びタイプを変化させることによって、一態様の堆肥化可能な被覆基材の耐油及び耐グリース性を調整して特定の耐グリース性を示すようにすることができる。
【００５１】
[0049]複数の成分を室温においてパドルミキサー内で一緒に混合することによって、５種類の異なる堆肥化可能な被覆の水性分散液を調製した。堆肥化可能な被覆基材の実施例６〜１０は、実施例１〜５と同じ被覆プロセスを用いて調製した。次に、試料を、耐油及び耐グリース性に関して試験する前に室温に冷却した。それぞれの試料において用いた水性分散液に関する乾燥重量配合を、ＴＡＰＰＩ−５５９キット試験にしたがって測定されたそれらの耐油及び耐グリース性と一緒に下表４に与える。表４において用いるポリビニルアルコール１は、Sekisui Specialty Chemicals America, LLCからのSelvol（登録商標）ポリビニルアルコール203であり、ポリビニルアルコール２は、Sekisui Specialty Chemicals America, LLCからのSelvol（登録商標）ポリビニルアルコール523である。用いたポリ乳酸は、NatureWorks（Minnetonka, Minnesota,米国）から商品名Vercet A1000で販売されている商業的に入手できるポリ乳酸である。ワックス１及びワックス２は、Michelman, Inc.（Blue Ash, Ohio,米国）によって製造されている商業的に入手できるワックスエマルジョンである。ワックス１は、Michem（登録商標）エマルジョン77150の商品名で販売されており、ワックス２は、Michem（登録商標）エマルジョン80939M2の商品名で販売されている。
【００５２】
【表４】
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【００５３】
[0050]表４において分かるように、水性分散液中における添加剤のこの関係（用いる分散剤のタイプなど）を調節することによって、耐油及び耐グリース性を用途に応じて適当なレベルに調整することができる。
【００５４】
[0051]「好ましくは」、「一般に」、及び「通常は」などの用語は、本明細書においては、特許請求される主題の範囲を限定するか、又は幾つかの特徴が、特許請求される主題の構造又は機能にとって不可欠、本質的、又は更には重要であることを暗示するようには用いられないことが留意される。むしろ、これらの用語は単に、特定の態様において用いることができ、又は用いられなくてもよい別の特徴又は更なる特徴を強調することを意図するものである。
【００５５】
[0052]種々の態様を記載及び規定する目的で、「装置」の用語は、本明細書においては、構成要素が他の構成要素と組み合わされているかどうかに関係なく複数の構成要素の組合せ及び個々の構成要素を示すように用いられることが留意される。種々の態様を記載及び規定する目的で、「実質的に」という用語は、任意の定量的な比較、値、測定、又は他の説明に起因する可能性がある固有の不確定度を表すように用いられることが留意される。意味が明らかに反していない限りにおいては、本明細書において示される全ての範囲は、示されている範囲内の全ての値及び端点を包含するとみなされる。
【００５６】
[0053]種々の態様を詳細に且つその具体的な態様を参照することにより記載したが、特許請求される主題の範囲から逸脱することなく修正及び変更が可能であることは明らかであろう。而して、明細書は、かかる修正及び変更が添付の特許請求の範囲及びそれらの均等範囲内であるならば、本明細書に記載する種々の態様の修正及び変更をカバーすると意図される。
【国際調査報告】
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