ПОКРОВНАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ВОДНОЙ ОСНОВЕ, ВКЛЮЧАЮЩАЯ СЛОЖНЫЙ ПОЛИЭФИР И СОЛЬ МЕТАЛЛА И ЖИРНОЙ КИСЛОТЫ
WATER-BASED COVERING COMPOSITION, INCLUDING POLYESTER AND SALT OF METAL AND FATTY ACID

Настоящее изобретение относится к покровной композиции на водной основе, включающей растворимый в воде или диспергируемый в воде сложнополиэфирный полимер и соль металла и жирной кислоты, к подложке, покрываемой указанной покровной композицией, и к использованию указанной покровной композиции в качестве покрытия для бумаги, картона, плотной бумаги и т.п.
Покрытия на водной основе часто используют, чтобы защитить бумагу, картон или плотную бумагу, используемые в качестве упаковочного материала для продуктов питания, от воды, водяного пара, жира и масла. Типичные полимеры, присутствующие в таких покрытиях на водной основе, включают модифицированные стирол-бутадиены, акрилаты и метакрилаты, поливинилацетат, полиолефины и особенно гидрофобные сложнополиэфирные полимеры.
В патентной заявке США № 20040005341 и международной патентной заявке № WO 01/14426 описаны покровные композиции для бумаги и картона, включая упаковочную бумагу, которую используют в качестве обертки, контейнеров, коробок и другой упаковки пищевых продуктов, включающие поливиниловый спирт и воск на основе жирной кислоты и меламина. Если желательны отталкивающие свойства, в волокна на мокром этапе изготовления бумаги можно вводить такие добавки, как EvCote PWR-25, которые поставляет на продажу фирма Akzo Nobel.
В европейском патенте № 0960021 описаны превосходные водо- и маслоотталкивающие свойства покровных композиций на водной основе, включающих гидрофобные сложнополиэфирные полимеры, полученные из полиэтилентерефталата (PET). Выбор этих типов покровных композиций на водной основе также имеет преимущество с точки зрения защиты окружающей среды, потому что содержащие терефталатные полимеры отходы, в том числе бутылки, листовые материалы и текстильные отходы, можно использовать для получения этих полимеров, и такие покрытия не оказывают отрицательного воздействия на возможность компостирования покрытого ими материала.
Бумагу, картон или плотную бумагу, которые содержат покрытия, используют, например, для упаковки колбасных изделий, рыбы, пиццы, сосисок в тесте, гамбургеров, жареного картофеля и других продуктов питания. В частности, в отрасли быстрого питания все виды мясных, куриных и рыбных бутербродов упаковывают в складывающиеся картонные коробки, микрогофрированные контейнеры или гибкие обертки. После приготовления упакованные бутерброды можно хранить в течение коротких периодов времени до момента продажи. Во время хранения булочка бутерброда обычно прилипает к картонной стенке. Когда бутерброд извлекают из упаковки, часть булочки, прилипшей к коробке, отрывается, создавая непривлекательный внешний вид. Этот эффект является особенно заметным, когда бутерброд нагревают на пару. Такой эффект также наблюдают в булочных, когда тесто выпекают в формах, изготовленных из бумаги, для приготовления, например, кексов и пирожных.
Соответственно, существует потребность в покровных композициях на водной основе для придания бумаге, картону и плотной бумаге хороших отталкивающих свойств при одновременном сохранении хороших маслозащитных свойств.
6
24
В соответствии с настоящим изобретением, предложена покровная композиция на водной основе, включающая определенный диспергируемый в воде и гидрофобный сложнополиэфирный полимер, и соль металла и жирной кислоты. Указанный диспергируемый в воде и гидрофобный сложный полиэфир включает продукт реакции 30-70% мас. терефталатного полимера, 5-40% мас. соединения с гидроксильными функциональными группами, содержащего, по меньшей мере, две гидроксильные группы, 1-20% мас. соединения с карбоксильными функциональными группами, содержащего, по меньшей мере, две карбоксильные группы, и 10-60% мас. гидрофобного соединения, выбранного из группы, в которую входят линейные или разветвленные жирные кислоты C-C или их триглицериды, причем соединение с гидроксильными функциональными группами присутствует в количестве от 1 до 3 эквивалентов по отношению к гидрофобной части. Диспергируемый в воде и гидрофобный полимер присутствует в покровной композиции на водной основе согласно настоящему изобретению в количестве, составляющем от 10 до 50% мас. (в расчете на полное содержание твердых веществ в покровной композиции на водной основе). Соль металла и жирной кислоты присутствует в покровной композиции на водной основе в количестве, составляющем от 50 до 90% мас. (в расчете на полное содержание твердых веществ в покровной композиции на водной основе). Кроме того, основание присутствует в количестве, соответствующем 70-130% кислотного числа полимера.
Было обнаружено, что при нанесении покрытия на подложки, пригодные для упаковки продуктов питания (например, на бумагу, картон или плотную бумагу), содержащая покрытие подложка проявляет хорошие отталкивающие свойства, т.е. продукт питания можно легко снять с подложки, сохраняя его первоначальный внешний вид. Пища не содержит запаха покрытия или упаковочного материала. Кроме того, содержащая покрытие подложка проявляет хорошие маслостойкие свойства.
Покрытие согласно настоящему изобретению представляет собой подходящую замену нежелательным маслостойким покрытиям на основе кремнийорганических и фторуглеродных соединений. Другое преимущество покровных композиций согласно настоящему изобретению заключается в том, что эти составы не содержат нежелательных меламиновых компонентов, которые часто используют для отверждения сложнополиэфирных полимеров. Кроме того, покровная композиция имеет хорошую проводимость водяного пара (W.V.T.R.), которую также иногда называют «влагопаровая проводимость» (M.V.T.R.).
Известно (см., например, европейский патент № 960021), что диспергируемые в воде и гидрофобные сложнополиэфирные композиции, используемые в соответствии с настоящим изобретением, придают желательные гидрофобные и маслоотталкивающие свойства обработанным ими подложкам без неблагоприятного воздействия на другие желательные свойства подложки, например, мягкое охватывание (или ощущение). Диспергируемые в воде полимеры согласно настоящему изобретению можно синтезировать конденсационной полимеризацией исходных или повторно используемых PET или поликислот-полиспиртов (многофункциональных кислот или спиртов), используемых для получения сложных полиэфиров, а также алифатических кислот или гидрированных триглицеридов животного или растительного происхождения. Диспергируемые в воде полимеры предпочтительно получают из отходов, содержащих терефталатные полимеры, включая бутылки, листовые материалы, текстильные отходы и т.п. Отходы, содержащие терефталатные пластмассы, которые можно приобретать у переработчиков, включают, но не ограничены этим, материал, называемый «дробленый полиэтилентерефталат». Отходы терефталата можно описать блочной формулой (1),
в которой R представляет собой остаток алифатического или циклоалифатического гликоля, содержащего 2-10 атомов углерода, или окисленного гликоля, имеющего формулу
x
2x
n
x
2x
HO(CHO)CHOH,
в которой x представляет собой целое число от 2 до 4 и n составляет от 1 до 10.
Предпочтительно отходы терефталатного полимера содержат полиалкилентерефталат, в том числе полиэтилентерефталат и полибутилентерефталат, полициклогександиметанолтерефталат или их смесь. Другие подходящие сложнополиэфирные полимеры, которые можно использовать, включают поли-1,2- и поли-1,3-пропилентерефталат и полиэтиленнафтенат. Понятно, что по экономическим соображениям предпочтительно использование отходов, содержащих терефталаты. Ионные группы, необходимые для диспергируемости в воде, могут представлять собой карбоксильные группы, которые содержит карбоновая кислота, вводимая в полимер в виде мономеров поликислот, например, тримеллитовый ангидрид, тримеллитовая кислота или малеиновый ангидрид, или сульфонатные группы, которые содержат мономеры, например, диметил-5-сульфоизофталат (DMSIP или диметил-5-сульфо-1,3-бензолдикарбоксилат), сульфоизофталатэтиленгликоль (SIPEG или дигидроксиэтил-5-сульфо-3-бензолдикарбоксилат), или сульфонированные алкеновые ненасыщенные концевые группы, как описано в патенте США № US 5281630. В данном отношении делается также ссылка на международную патентную заявку № WO 2008/080906, в которой описана прививка акриловой кислоты и/или метакриловой кислоты и/или стирола к алкидным полимерам. Привитые группы, описанные в данном патенте, можно замещать ионными группами, чтобы обеспечить диспергируемость в воде. Эти привитые группы могут также придавать другие желательные свойства. Поликислота предпочтительно выбрана из группы, в которую входят изофталевая кислота, терефталевая кислота, фталевый ангидрид (кислота), адипиновая кислота и т.д. В неограничительный список других предпочтительных поликислот входят фталевый ангидрид (кислота), изофталевая и терефталевая кислоты, адипиновая кислота, фумаровая кислота, 2,6-нафталиндикарбоновая кислота и глутаровая кислота. Можно также использовать смеси указанных выше кислот и ангидридов. Массовая процентная доля ионных мономеров в полимере составляет от 1% до 20%, но предпочтительно от 5% до 10%. Основная цепь полимера состоит из сложных полиэфирных групп. Это может быть любой линейный или разветвленный сложный полиэфир, полученный при использовании поликислот и полиспиртов. В предпочтительном способе построения основной цепи используют сложный полиэфир из вторичных источников. Массовая процентная доля ингредиентов сложнополиэфирной основной цепи составляет от 30 до 70% массы всего полимера, причем наиболее предпочтительным является интервал от 50 до 60%. Такая основная цепь обычно образуется при реакции PET, например, отходов PET, с включающим гидроксильные функциональные группы соединением, содержащим, по меньшей мере, две гидроксильные группы. Включающее гидроксильные функциональные группы соединение, содержащее, по меньшей мере, две гидроксильные группы, выбирают из группы, в которую входят этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, циклогександиметанол, пропиленгликоль, 1,2-пропиленгликоль, 1,3-пропандиол, 1,2-бутиленгликоль, 1,3-бутандиол, 1,4-бутандиол, неопентилгликоль, 1,5-пентандиол, 1,6-гександиол, глицерин, триметилолпропан, триметилолэтан, пентаэритрит, эритрит или моносахарид. В другом варианте осуществления другие гидроксосоединения, содержащие, по меньшей мере, две гидроксильные группы, включают производные глицерина, триметилолпропана, триметилолэтана, пентаэритрита, эритрита или моносахарида, оксиалкилированные с использованием 5-30 моль этиленоксида, пропиленоксида или их смеси на одну гидроксильную группу функционального гидроксосоединения. Алифатические группы представляют собой содержащие цепь из 6-24 атомов углерода жирные кислоты или их триглицериды, к которым относятся, например, стеариновая, олеиновая, пальмитиновая, лауриновая, линолевая, линоленовая, бегеновая кислоты или их смеси. Они могут быть получены из гидрированного или негидрированного масла животного или растительного происхождения, включая говяжий жир, свиной жир, кукурузное масло, соевое масло и т.д. и т.п. Если используют ненасыщенные жирные кислоты или триглицериды, следует принять меры по предотвращению сшивки через ненасыщенные группы. Массовая процентная доля алифатического фрагмента может составлять от 10 до 60%, причем предпочтительным является количество от 20 до 40%.
Существуют два основных пути синтеза данных полимеров. Эти пути описаны в европейском патенте № 960021, но также приведены ниже:
Путь 1
(1) Алифатические кислоты или сложные эфиры + многофункциональный гликоль → этерификация или переэтерификация = гидрофобный гликоль
(2) Гидрофобный гликоль + PET (или дикарбоновая кислота с двухатомным спиртом) → этерификация или переэтерификация = гидрофобный сложный полиэфир
(3) Гидрофобный сложный полиэфир + ионный мономер → этерификация или переэтерификация = диспергируемый в воде и гидрофобный сложнополиэфирный полимер
Путь 2
(1) Дикарбоновая кислота или PET + многофункциональный гликоль → этерификация или переэтерификация = привитый сложный полиэфир с гидроксильными группами в цепи и/или концевыми группами
(2) Привитый сложный полиэфир + алифатические кислоты или сложные эфиры → этерификация или переэтерификация = гидрофобный сложнополиэфирный полимер
(3) Гидрофобный сложный полиэфир + ионный мономер → этерификация или переэтерификация = диспергируемый в воде и гидрофобный сложнополиэфирный полимер
Следующие стадии используют в способе получения полимера согласно настоящему изобретению:
1. Введение неполярной группы или неполярных групп, которые можно выбрать из следующих: жирные кислоты, в том числе стеариновая кислота, бегеновая кислота, пальмитиновая кислота, лауриновая кислота, олеиновая кислота, линолевая кислота и т.д.; триглицериды животного или растительного происхождения, в том числе говяжий жир, кукурузное масло, соевое масло, арахисовое масло, сафлоровое масло или их гидрированные производные и т.д.; реакционноспособные кремнийорганические соединения, выдувные парафины или минеральные масла, гидрофобные уретаны и т.д. Эта группа должна присутствовать в количестве от 10 до 60% мас.
2. Введение путем этерификации или переэтерификации содержащего много функциональных гидроксильных групп компонента или компонентов, включая пентаэритрит, сорбит, глицерин и т.д., в количествах, составляющих, но не ограниченных этим, от 1 до 3 реакционноспособных эквивалентов компонентов из группы 1.
3. Этерификация или переэтерификация типичных ингредиентов из числа тех, которые используют для получения сложнополиэфирных полимеров. Эти ингредиенты можно выбрать из полиэтилентерефталата или аналогичных терефталатов и/или дикарбоновых кислот, к которым относятся, например, терефталевая кислота, изофталевая кислота, фталевая кислота или ангидрид, в сочетании с двухатомными спиртами, к которым относятся, например, этиленгликоль, диэтиленгликоль, неопентилгликоль, пропиленгликоль и т.д.
4. Введение ионной группы или групп, необходимых для диспергирования полимера в воде. К примерам этих групп относятся тримеллитовый ангидрид, малеиновый ангидрид, сульфосукцинат, сульфонированная изофталевая кислота или ее сложные эфиры и т.д.
5. Диспергирование полимера в воде, содержащей достаточное количество основания, если это требуется, чтобы нейтрализовать подвесные кислотные группы.
Стадии 1-3 можно осуществлять в любом порядке, но в способе согласно предпочтительному варианту осуществления используют порядок, который приведен выше.
Сложнополиэфирные полимеры обычно и предпочтительно синтезируют, используя катализатор реакции сложноэфирного обмена. Подходящие катализаторы включают карбоксилаты металлов и хорошо известные металлоорганические соединения, в частности, соединения олова или титана. К предпочтительным катализаторам относятся ацетат марганца, ацетат натрия, ацетат цинка, ацетат кобальта или ацетат кальция, тетраалкилтитанаты, в которых алкил содержит до 8 атомов углерода, а также алкилоловянная кислота или диалкилоловооксиды, в том числе монобутилоловянная кислота или диалкилоловооксид. К катализаторам, которые являются еще более предпочтительными, относятся монобутилоловянная кислота и тетрапропил- или тетрабутилтитанат или их смесь.
Полученные в результате полимерные продукты, как правило, используют в относительно концентрированных водных растворах гидроксидов или карбонатов щелочных металлов или аммония. Используемую концентрацию можно определить стандартными экспериментами.
Полимеры согласно настоящему изобретению обычно имеют молекулярные массы, составляющие от 500 до 50000. Предпочтительно молекулярные массы составляют от 1000 до 10000. Среднюю молекулярную массу полимеров обычно определяют методом гельпроникающей хроматографии (GPC) или путем измерений вязкости, или другими способами, хорошо известными в области химии полимеров.
Полное количество диспергируемого в воде и гидрофобного сложнополиэфирного полимера в покровной композиции на водной основе согласно настоящему изобретению составляет, по меньшей мере, 10% мас., предпочтительно, по меньшей мере, 15% мас., и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 17% мас., в расчете на полное содержание твердых веществ в покровной композиции на водной основе. Полное количество диспергируемого в воде и гидрофобного сложнополиэфирного полимера в покровной композиции на водной основе составляет не более, чем 50% мас., предпочтительно не более, чем 45% мас. и наиболее предпочтительно не более, чем 40% мас., в расчете на полное содержание твердых веществ в покровной композиции на водной основе.
Термин «жирная кислота» при использовании в тексте настоящего описания означает карбоновую кислоту, включающую насыщенную или ненасыщенную углеродную цепь, содержащую от 8 до 24 атомов углерода, предпочтительно содержащую от 10 до 22 атомов углерода и наиболее предпочтительно содержащую от 12 до 20 атомов углерода. К подходящим примерам относятся миристиновая кислота, стеариновая кислота, бегеновая кислота, арахидоновая кислота, пальмитиновая кислота и лауриновая кислота. Жирная кислота присутствует в покровной композиции на водной основе в виде соли металла. Металл предпочтительно выбран из группы, в которую входят кальций, магний, цинк, алюминий и цирконий.
Полное количество соли металла и жирной кислоты в покровной композиции на водной основе составляет не более, чем 90% мас., предпочтительно не более, чем 85% мас. в расчете на полное содержание твердых веществ в покровной композиции на водной основе. Полное количество соли металла и жирной кислоты в покровной композиции на водной основе составляет, по меньшей мере, 50% мас., в расчете на полное содержание твердых веществ в покровной композиции на водной основе.
Следует отметить, что в зависимости от применения относительные количества диспергируемого в воде и гидрофобного сложнополиэфирного полимера и соли металла и жирной кислоты могут изменяться. Например, может оказаться предпочтительным добавление относительно больших количеств соли металла и жирной кислоты, если важно получить покрытие с превосходными отталкивающими свойствами (например, при использовании в качестве покрытия в упаковочных материалах для нагреваемых на пару бутербродов). Если важно обеспечить достаточную маслостойкость, может оказаться предпочтительным добавление относительно малых количеств соли металла и жирной кислоты (например, при использовании в качестве покрытия в бумажных формах для выпечки).
Покровную композицию на водной основе согласно настоящему изобретению можно получить приготовлением коллоидного раствора или дисперсии диспергируемого в воде и гидрофобного сложнополиэфирного полимера согласно настоящему изобретению в воде в присутствии основания в количестве, соответствующем 70-130% кислотного числа полимера, и добавлением соли металла и жирной кислоты, таким образом, что диспергируемый в воде и гидрофобный сложнополиэфирный полимер присутствует в количестве, составляющем от 10 до 50% мас., и соль металла и жирной кислоты присутствует в количестве, составляющем от 50 до 90% мас., причем эти количества приведены в расчете на полное содержание твердых веществ в покровной композиции на водной основе. Выражение «основание присутствует в количестве, соответствующем 70-130% кислотного числа полимера» означает, что основание присутствует в количестве, составляющем от 70% до 130% числа функциональных групп карбоновой кислоты в полимере. Соль металла и жирной кислоты предпочтительно добавлять при использовании в диспергированной, предварительно диспергированной или твердой форме.
Основание может представлять собой любое основание, которое традиционно используют в покровной композиции этого типа. Однако, если покровную композицию на водной основе используют в предназначенных для пищи применениях, используют разрешенные для пищи основания. Наиболее предпочтительно использовать аммиак в качестве основания. Согласно описанию, основание используют в количестве, составляющем от 70% и 130% количества, которое соответствует стехиометрическому количеству для кислотного числа полимера. Предпочтительно его используют в количестве, составляющем от 85 и 115% стехиометрического количества. Наиболее предпочтительно использовать стехиометрическое количество.
Помимо сложнополиэфирного полимера и соли металла и жирной кислоты, покровная композиция на водной основе согласно настоящему изобретению может содержать традиционные компоненты, в том числе, например, эмульгаторы, пигменты и (функциональные) наполнители, диспергаторы, защитные коллоиды, летучие растворители, кислотно-основные буферные растворы, загустители, смачиватели, пеногасители, красители и сшиватели. К примерам подходящих сшивателей относятся оксид цинка, карбонат циркония-аммония, меламинкарбамид, карбамидоформальдегидный полимер и глиоксалевые (меламиновые) полимеры. К примерам функциональных наполнителей относятся слоистый тальк, слоистая глина, слюда, слоистый гидротальцит или бентонит.
Покровная композиция на водной основе может быть чувствительной к кислотности. Когда значение pH падает ниже 6,5, она может потерять устойчивость, и может происходить гелеобразование. Следовательно, предпочтительный интервал значений pH составляет от 7,0 до 12 (предпочтительнее от 8,5 до 10). Для регулирования pH можно добавлять традиционные буферные растворы.
Потенциальный недостаток работы в указанном выше предпочтительном интервале значений pH заключается в том, что композиция проявляет склонность к пенообразованию в условиях применения, что отрицательно действует на работоспособность и эффективность покрытия. В одном варианте осуществления настоящего изобретения пенообразование можно уменьшить добавлением летучих растворителей, включая изопропанол. Эти растворители предпочтительно используют в количестве от 1,5 до 4% мас. в расчете на полную массу покровной композиции на водной основе. В качестве альтернативы, можно добавлять имеющиеся в продаже пеногасители, в том числе пеногаситель Paracum D44/PDI от фирмы Dr. W. Kolb A.G. (Хединген, Швейцария). Этот конкретный пеногаситель оказался очень эффективным на уровне применения от 0,3 до 1%. Данный пеногаситель представляет собой сложный эфир жирной кислоты и алкоксилированных спиртов.
Неожиданно добавление талька или других катионно-заряженных минералов типа гидротальцита в покровную композицию на водной основе оказалось очень эффективным для ингибирования пенообразования даже при интенсивном перемешивании и в условиях, способствующих захвату воздуха. Уровень введения вышеуказанных добавок к покровной композиции на водной основе предпочтительно составляет от 5 до 45% мас. в расчете на соль металла и жирной кислоты.
В число подложек, которые пригодны для нанесения покровной композиции на водной основе согласно настоящему изобретению, входят оберточная бумага, тонкая бумага, пергаментная бумага, плотная бумага, картон с наполнителем, картон и гофрированный картон. Подложки могут быть сделаны в виде контейнера для пищи, двухстворчатой упаковки, коробки для пищи, лотки для пищи, обертки для пищи и т.д. Их предпочтительно используют в отрасли быстрого питания для упаковки и хранения продуктов быстрого питания, включая колбасные изделия, рыбу, пиццу, сосиски в тесте, гамбургеры, жареный картофель, жареную курицу, бутерброды и т.п., или в виде термостойкой плотной бумаги, пригодной для использования в приготовлении выпечки.
Покровные композиции согласно настоящему изобретению можно наносить на подложку любым традиционным способом, например, с помощью прокатки, распыления, щетки, разбрызгивания, ракельного ножа или планки для удаления излишков, полива, орошения, погружения, воздушного распыления, воздушного разбрызгивания, безвоздушного распыления или технологии печати, включая флексографическую, литографическую, глубокую или офсетную печать.
Настоящее изобретение разъясняется посредством следующих неограничительных примеров.
Сравнительные примеры A-D
: испытания на прилипание булочек
2
На не содержащие покрытия двухстворчатые упаковки в лабораторных условиях наносили следующие покровные композиции на водной основе (плотность мокрого покрытия 6 г/м):
A. EvCote PWR-25
B. EvCote PWR-25+25% стеарата аммония
C. EvCote PWR-25+5% стеарата кальция (50% сухой массы)
D. EvCote PWR-25+2% Wacker E10 (кремнийорганическое масло, 35% сухой массы)
EvCote PWR-25 представляет собой модифицированную аммониевой солью стеариновой кислоты PET (полиэтилентерефталат), который поставляет на продажу фирма Akzo Nobel. Стеарат кальция также поставляет на продажу фирма Akzo Nobel. Wacker E10 поставляет фирма Wacker Chemie AG (Бургхаузен, Германия). Стеарат аммония (CAS 1002-89-7) может поставлять, например, фирма Kemco International.
Содержащие покрытия листы для двухстворчатых упаковок складывали в нужную форму и склеивали вручную, чтобы изготовить упаковки для рыбы.
Испытания проводили согласно следующей процедуре:
1. Замороженное рыбное филе жарили в течение 3 минут 15 секунд при 180°C и выдерживали при температуре 95°C до использования.
2. Булочки нагревали на пару в обычной пароварке для булочек, чтобы придать им свежий вид.
3. Верхнюю половину булочки помещали на верхнюю часть коробки внешней стороной вниз.
4. На сторону разреза наносили татарский соус.
5. Рыбу помещали на соус.
6. Рыбу покрывали ломтиком сыра.
7. Нижнюю половину булочки помещали на сыр.
8. Коробку закрывали, переворачивали и ставили в нагреватель при 62°C.
9. Приготовленные двухстворчатые упаковки проверяли через 10, 15 и 20 минут. Фотографии снимали через 10 мин (см. фиг.1(a)), через 15 мин (см. фиг.1(b)) и через 20 мин (см. фиг.1(c)).
10. После истечения срока испытания двухстворчатую упаковку открывали. Рыбный бутерброд не проявлял запаха покрытия или картона.
11. Бутерброд извлекали из двухстворчатой упаковки и проверяли, не прилипла ли булочка к картону упаковки.
Во всех четырех сравнительных примерах верх булочки сильно прилипал к верху коробок с покрытием, что создавало непривлекательный внешний вид (см. фиг.1).
Примеры 1 и 2 и сравнительные примеры E-F
: испытания на прилипание булочек
2
На не содержащие покрытия коробки для рыбных бутербродов в лабораторных условиях наносили следующие покровные композиции на водной основе (плотность мокрого покрытия от 2 до 10 г/м):
Пример
Количество EvCote PWR-25[% сухой массы]
Количество стеарата кальция[% сухой массы]
Количество в коробке
Е
43
57
2
1
33
67
3
2
25
75
4
3
18
82
5
4
11
89
6
F
0
100
7
В испытаниях использовали две стандартные процедуры.
• Два рыбных бутерброда нагревали вместе на пару в течение 12 секунд. Верхнюю часть булочки помещали в коробку и затем наносили татарский соус, рыбу, сыр, покрывали нижней частью булочки, после чего коробку закрывали и выдерживали в тепле (62°C) в течение 10 минут.
• Четыре рыбных бутерброда нагревали вместе на пару в течение 30 секунд. Верхнюю часть булочки помещали в коробку и затем наносили татарский соус, рыбу, сыр, покрывали нижней частью булочки, после чего коробку закрывали и выдерживали в тепле (62°C) в течение 10 минут.
Коробки проверяли после нагревания на пару в течение 12 секунд и после нагревания на пару в течение 30 секунд.
В коробках с покрытием согласно сравнительному примеру E обнаружили некоторое количество булочки, прилипшей от нижней части рыбного бутерброда, и трещины на верхней части булочки вследствие прилипания.
В коробках с покрытием согласно примерам 1 и 2 обнаружили только незначительное прилипание булочки от нижней части рыбного бутерброда. Верхние части булочек остались неизменными.
В коробках с покрытием согласно примеру 3 не обнаружено прилипание булочек и не наблюдались жирные пятна.
В коробках с покрытием согласно примеру 4 не обнаружено прилипание булочек, но было несколько жирных пятен.
В коробках с покрытием согласно сравнительному примеру F не обнаружено прилипание булочек, но было слишком много жирных пятен, чтобы считать это приемлемым.
Пример 5: комплексные испытания 3M
Комплексные испытания 3M разработаны фирмой 3M для моделирования проникновения жира и масла сквозь бумагу или картон после обработки фторорганическими соединениями (FC).
Фторорганические соединения наносили на бумагу для уменьшения проникновения жиров и масел. Фторорганические соединения не образуют непрерывную пленку; напротив, их действие основано на разности поверхностного натяжения, что препятствует проникновению жира и масла. Когда поверхностное натяжение жидкости выше, чем поверхностное натяжение подложки, жидкость не проникает сквозь подложку, но остается в виде капли на ее поверхности. Поверхностное натяжение обработанной фторорганическими соединениями бумаги может составлять 18 дин/см (18 мН/м) или менее.
В случае защитных покрытий поверхностное натяжение поверхности покрытия может превышать поверхностное натяжение обработанного фторорганическими соединениями картона. Однако образование непрерывной пленки и сохранение минимальной толщины покрытия на всей поверхности подложки вносят существенные вклады в защитные свойства. Точечные отверстия и диффузия через тонкие пятна на покрытии (которые возникают вследствие шероховатости поверхности подложки или неравномерного нанесения покрытия) способствуют уменьшению эффективности покрытия в защите от масла и жира.
Для этого примера использовали покровную композицию на водной основе согласно примеру 3, т.е. покровную композицию на водной основе, приготовленную из 30% EvCote PWR-25 (20% твердых веществ) и 70% стеарата кальция (50% твердых веществ). Данную покровную композицию на водной основе наносили с помощью флексографической печатной машины и литографической печатной машины в один проход и в два прохода. Для измерения кроющей способности масла проводили комплексное испытание.
Для этого испытания готовили серии растворов, смешивая в определенных концентрациях касторовое масло, толуол и н-гептан. Каждый определенный раствор имел определенное комплексное значение. Более высокие комплексные значения означают более сильную защиту от жира и масла. Эффективность защиты от жира и масла измеряли нанесением капли определенного комплексного раствора на подложку с помощью пипетки. Через 15 секунд присутствие каких-либо потемневших пятен на месте нанесения жидкости свидетельствовало о проникновении жидкости через подложку. Проникновение означает, что испытание является неудачным, и комплексное значение меньше, чем значение определенного раствора, который был нанесен. Испытание повторяли, используя растворы с меньшим комплексным значением, до тех пор, пока наблюдалось проникновение. Раствор с наиболее высоким комплексным значением, который не приводил к какому-либо потемнению подложки, определяли как комплексное значение подложки. Испытание можно проводить в обратном порядке, начиная с меньших комплексных значений растворов и переходя к более высоким комплексным значениям растворов до тех пор, пока не будет определена точка неудачи. Проникновение исследуемой жидкости определяется частично поверхностным натяжением поверхности подложки. Эффективность защиты от жира и масла также определяют по проницаемости поверхностного покрытия.
В следующей таблице приведены составы исследованных жидкостей и соответствующие значения поверхностного натяжения.
Касторовое масло
Толуол
н-Гептан
Поверхностное натяжение
Комплексное значение
(об.%)
(об.%)
(об.%)
(дин/см или мН/м)
1
100
0
0
33,9
2
90
5
5
31,2
3
80
10
10
28,8
4
70
15
15
27,6
5
60
20
20
26,3
6
50
25
25
25,3
7
40
30
30
24,8
8
30
35
35
24,4
9
20
40
40
24,3
10
10
45
45
24
11
0
50
50
23,8
12
0
45
55
23,4
Результаты комплексных измерений с использованием покровной композиции на водной основе согласно примеру 4 показали, что достаточный уровень комплексного значения 4 или 5 можно обеспечить за счет одного или двух печатных слоев.
Бумагу, покрытую одним или двумя печатными слоями состава, содержащего в расчете на твердые вещества 62,2% стеарата кальция, 15,5% EvCote PWRH-NT, 20,2% талька (Jetfine 8CF, поставщик Rio Tinto Minerals) и 2,2% Bodoxin AE (товарный биоцид), оценивали в отношении маслостойкости. Аналогичным образом, бумагу, покрытую одним или двумя печатными слоями состава, содержащего в расчете на твердые вещества 78,2% стеарата кальция, 17,2% EvCote PWRH-NT, 2,3% Bodoxin AE (товарный биоцид) и 2,3% Paracum 44 PDI (товарный пеногаситель), оценивали в отношении маслостойкости. Во всех случаях наблюдали комплексные значения 4 и 5. При испытании с горячим жареным картофелем содержащий тальк материал контейнера показал некоторое уменьшение маслостойкости, которая все же оставалась на приемлемом уровне. Однако содержащий тальк вариант не обнаружил пенообразования в процессе нанесения на серийном печатном оборудовании. Значительное пенообразование наблюдали в не содержащем талька варианте в процессе испытания на серийном печатном оборудовании. Пенообразование было достаточно значительным, чтобы неблагоприятно воздействовать на работоспособность изделия.