SE534876C2 - Metod för att förse ett substrat med en barriär genom användning av elektrospinning eller smältspinning av nanofiber - Google Patents

Abstract

Uppfinningen hänför sig till en metod för att förse enyta av ett fiberbaserat substrat med ett barriärskikt varvidbarriärskiktet bildas genom applicering av nanofibrer på ytangenom användning av elektrospinning eller smältspinning.Uppfinningen hänför sig även till ett substrat innehållande sådant barriärskikt.

Description

25 30 35 534 875 papper eller kartong samtidigt som det är möjligt att sönderdela det barriärbestrukna papperet eller kartongen vilket underlättar återvinning av det använda fiberbaserade substratet.

Att bilda ett barriärskikt genom användning av dispersionsbestrykning kan göra det svårt att erhålla alla nödvändiga egenskaper för förpackningen eller produkten därav. Värmeförseglingsbarheten och goda barriäregenskaper är typiskt svåra att erhålla samtidigt för dessa typer av tillverkade barriärer.

En annan nackdel med tillverkningen av barriär genom användning av dispersionsbestrykning är att stabiliteten hos dispersionen måste vara bra för att säkerställa god körbarhet. För att erhålla god stabilitet hos en dispersion är det nödvändigt att tillsätta stabiliseringskomponenter.

Genom att inkorporera multipla komponenter blir det dock svårare att framställa dispersionen.

Ett annat kännetecken för dispersionsbarriären är att en betydande mängd vatten tillsätts till substratet vid bildandet av barriären. Detta vatten måste evaporeras bort och stor mängd energi krävs därför för torkning för att säkerställa en torr barriär och fullständig filmbildning av barriärskiktet. Temperaturen för den torra bestrykningen måste normalt vara väsentligen över glasomvandlingstemperaturen hos polymeren för att säkerställa att bildandet av film fortskrider. Användning av höga torktemperaturer kan dock även orsaka problem med blåsor eller vidhäftning mellan barriärskiktet och bassubstratet.

Ett annat problem med hög torktemperatur är att klibbigheten av polymerfilmen ökar på grund av att temperaturen ofta kommer vara över glasomvandlingstemperaturen.

Ett annat problem med traditionell dispersionsbarriärbestrykning är att viskositeten är relativt låg (och även torrhalten) vilket skapar hög nivå av 10 15 20 25 30 35 534 B75 penetrering in i bassubstratet. Detta betyder inte bara att större mängd bestrykning krävs för att säkerställa en bestrykning utan hål och med bra barriäregenskaper utan även att hög energi för torkningen krävs. För obestruken kartong, krävs typiskt 15-25 g/m2 av torr bestrykning för att erhålla en yta av barriärskiktet utan hål Det finns således ett behov för en förbättrad metod för tillverkning av papper eller kartong med ett eller flera barriärskikt på ett kostnadseffektivt sätt.

Samanfattningïgv ggpfinninggg Ett syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en yta av ett fiberbaserat substrat med ett barriärskikt på ett förbättrat sätt.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en metod för tillsats av ett tunt barriärskikt på en yta av ett fiberbaserat substrat.

Ytterligare ett syfte med föreliggande uppfinning är ett fiberbaserat substrat med förbättrade barriäregenskaper.

De ovan nämnda syftena, så väl som andra fördelar, erhålls genom metoden och substratet enligt uppfinningen.

Uppfinningen hänför sig till en metod för att förse en yta av ett fiberbaserat substrat med ett barriärskikt varvid barriärskiktet bildas genom applicering av nanofibrer på ytan genom användning av elektrospinning eller smältspinning.

Barriärskiktet kan vara i form av en film på ytan av det fiberbaserade substratet.

Filmen bildas vid efterbehandling av substratet efter appliceringen av nanofibrerna på ytan. Det är föredraget att efterbehandlingen sker genom att höja temperaturen pà de applicerade nanofibrerna så att en film bildas. Det är 10 15 20 25 30 35 534 B?E föredraget att temperaturen höjs över glasomvandlingstemperaturen eller smälttemperaturen på de applicerade nanofibrerna så att en film bildas.

Det är möjligt att åtminstone två komponenter spinns och appliceras samtidigt till ytan av substratet. Den samtidiga spinningen av olika komponenter kan ske genom olika munstycken eller andra frammatningsanordningar, så att en komponent spinns genom ett munstycke och en annan komponent genom en annan. På detta sätt kommer barriärskiktet innehålla en blandning av olika nanofibrer vilket gör det möjligt att förse ett barriärskikt med olika egenskaper, dvs gör det till ett kompositmaterial. dvs åtminstone två skikt. Det är således möjligt att förse de olika skikten med olika egenskaper.

Barriärskiktet kan innehålla mer än ett skikt, Det är föredraget att barriärskiktet har en torrhalt av 0.1-20 g/m2, företrädesvis 0.1-5 g/m2 eller mer företrädesvis 0.2-3 g/m2. utan hål på en porös yta med liten mängd applicerade nanofibrer.

Det är möjligt att bilda en kontinuerlig film Det fiberbaserade substratet kan förses med ett bestrykningsskikt till vilken nanofibrerna appliceras. På detta sätt erhålls en jämnare yta vilket gör det möjligt att ytterligare reducera mängden applicerade fibrer.

Substratets barriärskikt kan förses med ett bestrykningsskikt. Det är föredraget att bestrykningsskiktet innehåller en polymer som lamineras eller extrusionsbestryks på barriärskiktet.

Nanofibrerna bildas genom elektrospinning eller smältspinning av en polymer, såsom polyvinylalkohol, lack, polystyren, polybutadien, polyuretaner, polyetylen dispersioner, polypropylen, PLA, chitosan, stärkelse, 10 15 20 25 30 35 534 876 natriumcarboxymetylcellulosa, kopolymerer av akrylat, polyvinylacetat, polyetylenoxid, polyetylen dispersioner, polyetylentereftalat dispersioner, blandningar eller dess modifierade motsvarigheter till någon av de nämnda komponenterna.

Elektrospinningen kan ske med en vätska eller en dispersion innehållande åtminstone en polymer. Det är också möjligt att använda polymer i fast form eller ett vax som startmaterial vilket smälts, dvs smältspinning.

Barriärskiktet kan dessutom förses med funktionella egenskaper genom tillsats av ett funktionellt additiv till barriären. Det funktionella additivet kan spinnas tillsammans med polymeren. Det är också möjligt att det funktionella additivet spinns separat för att bilda ett separat skikt av barriärskikten.

Uppfinningen hänför sig även till ett fiberbaserat substrat vilket innehåller ett fiberbasskikt och ett barriärskikt varvid barriärskiktet bildas genom elektrospunna eller smältspunna nanofibrer på ytan av fiberbasskiktet.

Barriärskiktet är företrädesvis en film som bildas av de applicerade nanofibrerna.

Filmen kan bildas genom smälta nanofibrer, dvs de applicerade nanofibrerna kan smältas för att bilda nämnda film. Filmen kan också bildas genom att temperaturen av nanofibrerna höjs till eller över glasomvandlingstemperaturen varvid fibrerna ”flödar” och en film bildas. Det är möjligt att filmen är kontinuerlig, dvs den täcker helt ytan av det fiberbassubstratet utan hål etc som gör det möjligt för komponenter att nå ytan av fiberbassubstratet.

Inom vissa användningsområden är det inte nödvändigt att helt täcka hela ytan av den fiberbasytan för att erhålla tillräckligt skydd.

Filmen kan även vara diskontinuerlig. 10 15 20 25 30 35 534 B75 Barriären kan vara en barriär mot vätska, ånga, olja, arom, fett, smörjmedel, olja, lösningsmedel, värme, uv-ljus och/eller gas.

Om filmen är diskontinuerlig kan barriären vara en barriär mot olja, smörjmedel och/eller fett. Det har visat sig att nödvändiga barriäregenskaper mot olja, smörjmedel och/eller fett kan erhållas även om filmen som bildar barriären är diskontinuerlig, dvs den innehåller nanohàl eller liknande ojämnheter. Detta är på grund av att kontaktvinkeln mellan filmen och oljan, smörjmedlet och/eller fettet är tillräckligt stor så att oljan inte kommer att tränga igenom barriärskiktet. Detta kan användas vid barriäregenskaper för en kort tid, t ex temporär fett/smörjmedel barriär.

Barriärskiktet kan innehålla nanofibrer av åtminstone två komponenter. Genom samtidig spinning av olika komponenter, företrädesvis genom olika munstycken eller andra frammatningsanordningar, är det möjligt att tillverka ett barriärskikt som innehåller åtminstone två komponenter. På detta sätt kan barriärskiktet ha olika egenskaper då en komponent kan ge barriäregenskaper mot ett ämne, såsom vatten, och en annan komponent kan ge barriäregenskaper mot ett annat ämne, På detta sätt är det möjligt att spinna en komponent som kommer att smälta för att såsom smörjmedel. bilda en film och en annan komponent som kommer att stödja den smälta komponenten och förhindra att den tränger för djupt in i basmaterialet, dvs bibehålla dem på ytan av det fiberbaserade substratet. Det är således möjligt att ett enskilt barriärskikt ger skydd mot flera olika ämnen.

Barriärskiktet kan innehålla åtminstone två skikt. Det är möjligt att barriärskiktet innehåller två eller fler skikt. Varje skikt kan ha olika egenskaper, till exempel ett skikt kan förse substratet med barriäregenskaper mot ånga och ett andra skikt kan förse barriären med värmeförseglingsegenskaper. 10 15 20 25 30 35 534 8?E Fiberbasskiktet kan bestrykas med vilken konventionell bestrykning som helst innan appliceringen av nanofibrer pà ytan. Barriärskikten bildas således på den bestrukna ytan av det fiberbaserade skiktet. På detta sätt bildas barriärskiktet på en jämn yta vilket gör det möjligt att ytterligare reducera mängden applicerade nanofibrer.

Barriärskikten av det fiberbaserade substratet kan också bestrykas.

Uppfinningen hänför sig även till ett fiberbaserat substrat tillverkad enligt metoden beskriven ovan.

Detaljgrad besk:ivning/gvígggfinninggg Föreliggande uppfinning hänför sig till en metod för att förse en yta av ett fiberbaserat substrat med ett barriärskikt varvid barriärskiktet bildas genom applicering av nanofibrer på ytan genom användning av elektrospinning eller smältspinning.

Det har visat sig att applicering av nanofibrer på en yta av ett fiberbaserat substrat genom användning av elektrospinning eller smältspinning är det möjligt att bilda ett tunt skikt av nanofibrer som kommer att bilda ett barriärskikt på ytan. Det har överraskande visat sig att ett tunt skikt av applicerade nanofibrer är tillräckligt för att helt täcka en ojämn yta, såsom en yta av ett fiberbaserat substrat. På grund av den karaktäristiska fiberdimensionen och fiberegenskaperna av de genom elektrospinning eller smältspinning tillverkade och applicerade nanofibrerna, är dessutom penetreringen av nanofibrerna in i substratet obetydlig. Nanofibrerna kommer således appliceras på ytan och stanna på ytan av substratet. De kommer fortfarande binda till ytan på ett tillfredställande sätt pà grund av kemiska och/eller fysikalisk-kemiska interaktioner mellan fibrerna av substratet och de applicerade nanofibrerna. De kan även finnas en inre utbredning som kan bilda mekanisk eller 10 15 20 25 30 35 534 375 fysikalisk sammankoppling av fibrerna. De applicerade nanofibrerna kommer antingen förena sig eller smälta pá ytan av substratet och bilda en film som kommer fungera som en barriär. Genom att applicera fibrer på ytan innan en fullständig film har bildas krävs en avsevärd mindre mängd bestrykning, detta pà grund av att penetreringen in i substratet är mycket lägre eller till och med obetydlig jämfört med andra barriärer som bildas med andra bestrykningstekniker på ett fiberbaserat substrat. Bildandet av filmen enligt uppfinningen sker följaktligen genom ett nätverk av fibrer som kan jämföras med tidigare lösningar där filmer bildas från en lösning eller en dispersion.

Mängden fibrer som tillsätts till ytan av det fiberbaserades substratet beror på olika parametrar, till exempel på ojämnheten av ytan. Det är föredraget att barriärskikten har en vikt (torr) av 0.1-20 g/m2, företrädesvis 0.1-5 g/m2 och mer företrädesvis 0.2-3 g/m2. Om ytan som barriärskiktet tillsätts till är ojämn krävs att en större mängd fibrer måste tillsättas och det är föredraget att vikten (torr) av barriärskiktet är mellan 2-20 g/m2.

Genom att optimera förhållandet vid spinningen är det möjligt att öka fukten vid spinningen så att de applicerade fibrerna smälter samman till en film. Fibrerna som först appliceras kommer att vara torra eller ha hög torrhalt vilket gör att fibrerna har hög reologi. Detta är delvis på grund av att ytan till vilka de appliceras på är torr. Förhàllandena vid spinningen kommer därefter att ändras så att de följande applicerade fibrerna är vâtare, dvs halvtorra. Detta resulterar i att fibrerna smälter samman till en film vilket fungerar som en utmärk barriär. Torrheten och/eller fastheten av vätskan eller luften som används vid elektrospinning eller smältspinning kan kontrolleras så att fibrerna smälter samman till en film. Det är också möjligt att kontrollera fukten, temperaturen, tillverkningshastigheten och avståndet vid spinningen så att fibrerna bildar en film. På detta sätt är 10 15 20 25 30 35 53fl 875 det möjligt att tillverka ett fiberbaserat substrat på ett väldigt enkelt sätt.

Efter att nanofibrerna har applicerats till ytan efterbehandlas substratet eller ytan av substratet för att nanofibrerna ska bilda en film. Det är föredraget att använda värmebehandling som kommer höja temperaturen av de applicerade nanofibrerna så att de applicerade nanofibrernas egenskaper ändras varvid en film bildas. att höja temperaturen till eller över glasomvandlingstemperaturen eller smälttemperaturen av nanofibrerna. På detta sätt ändras de applicerade nanofibrernas egenskaper, t ex börjar de att ”flyta” eller smälta, Det är föredraget och de kommer då bilda en film vilket kommer fungera som ett barriärskikt på det fiberbaserade substratet.

Beroende på materialet som används för tillverkningen av nanofibrerna och på tiden för behandlingen, behöver det inte vara nödvändigt att höja temperaturen till eller över glasomvandlingstemperaturen. För vissa material kan det vara tillräckligt att höja temperaturen lite, fortfarande under glasomvandlingstemperaturen, för att de applicerade nanofibrernas egenskaper ska ändras och bilda en film. infraröd lufttorkare, plasma, ånga, laser UV, EB eller vilken annan känd teknik som helst. Det är också möjligt att använda hetfusing eller hetvals vid vilken de applicerade fibrerna upphettas och samtidigt formas till en tunn film på substratet.

Uppvärmningen kan ske genom användning av låga, torkare, lödvals, Substansen eller substanserna som ska formas till nanofibrer genom användning av elektrospinning eller smältspinning kan vara polymerer eller en blandning av polymerer. Lämpliga polymerer kan väljas från t ex polyolefiner, polyvinyler, polyamider, polyimider, polyacrylater, polyestrar och blandningar därav. Det är särskilt föredraget att använda polyvinylalkohol, lack, polystyren, polybutadien, polyuretaner, polyetylen PLA, chitosan, dispersioner, polypropylen, stärkelse, 10 15 20 25 30 35 534 B78 10 natriumcarboxymetylcellulosa, kopolymerer av akrylat, polyvinylacetat, polyetylenoxid, polyetylen dispersioner, polyetylentereftalat dispersioner, blandningar eller dess modifierade motsvarigheter till någon av de nämnda komponenterna. Den använda polymeren beror på slutanvändningen av det fiberbaserade substratet. De olika polymererna bildar ett barriärskikt mot olika egenskaper, till exempel kommer PVA bilda ett barriärskikt mot smörjmedel.

Föreliggande uppfinningen gör det möjligt att förse ett barriärskikt innehållande åtminstone två komponenter. Detta kan ske genom att spinna två eller fler komponenter samtidigt vilka då appliceras på ytan av substratet. Den samtidiga spinningen av två eller fler komponenter kan ske genom olika munstycken eller andra frammatningsanordningar så att en komponent spinns genom ett munstycke och en annan komponent genom en annan. På detta sätt kommer barriärskiktet innehålla en blandning av olika nanofibrer vilket gör det möjligt att förse ett enskilt barriärskikt med olika egenskaper, dvs tillverka ett kompositmaterial. Till exempel kan en komponent ge barriäregenskaper mot ett ämne, såsom vatten och en annan komponent kan ge barriäregenskaper mot ett annat ämne, såsom smörjmedel. På detta sätt är det också möjligt att spinna en komponent som kommer att smälta och bilda en film och en annan komponent som kommer att stödja den smälta komponenten och hindra att den tränger för djupt in i basmaterialet, dvs behålla dem på ytan av det fiberbaserade substratet. Det är således möjligt att ett enskilt barriärskikt innehåller skydd mot flera olika ämnen.

En stor fördel med föreliggande uppfinning är att det är möjligt att förse barriärskiktet med mer än ett skikt på ett enkelt sätt. Det är således möjligt att tillverka ett barriärskikt vilket uppfyller olika egenskaper som tidigare har krävt olika processteg. På detta sätt är det möjligt att förse barriärskiktet med flera skikt med olika egenskaper, t ex ett primärskikt, ett barriärskikt, ett skyddande skikt, 10 15 20 25 30 35 534 B75 ll ett värmeförseglingsskikt och/eller ett blockerande skikt.

Användningen av olika polymer dispersioner ger olika egenskaper. Till exempel kommer en polyuretan dispersion ge en barriär mot arom, fett och smörjmedel så väl som förseglingsegenskaper. Ett fiberbaserat substrat med en polyuretanbarriär kommer således vara lätt att försegla för att bilda en förpackning samtidigt som det har utmärkta barriäregenskaper. Om polyuretanbarriärskikten kombineras med ett etylenskikt kommer det fiberbaserade substratet även ha en barriär mot vatten.

Det fiberbaserade substratets yta kan förses med ett bestrykningsskikt. Nanofibrerna kommer således att appliceras på bestrykningsskiktet av det fiberbaserade substratet. På detta sätt sker appliceringen av bestrykningsskiktet på en jämn yta och mängden nanofibrer kan reduceras ytterligare.

Bestrykningen kan vara vilken konventionell bestrykningssmet som helst, såsom kalciumkarbonat eller kaolin.

Substratets barriärskikt kan förses med ett bestrykningsskikt. Det är föredraget att bestrykningsskiktet innehåller en polymer som lamineras eller extrusionsbestryks på barriärskiktet. På detta sätt kan barriärskiktet innehålla en primer som kan öka adhesionen mellan det fiberbaserade substratet och ett extrusionsbestruket skikt vilket gör det möjligt att öka hastigheten vid extrusionsbestrykningsprocessen. Bestrykningsskiktet kan också innehålla vilken konventionell bestrykninskomponent, både polymerskikt så väl som pigmentbestrykningsskikt.

Det är också möjligt att förse barriärskiktet med funktionella egenskaper genom tillsats av ett funktionellt additiv till det spunna mediet. Möjliga additiv kan vara fyllmedel vilket kan öka vitheten eller förse substratet med UV skydd eller absorbenter som kan fånga smak och Det funktionella additivet kan blandas med mediet, företrädesvis luktkemikalier och således reducera problemen. en polymer dispersion, och således spinnas tillsammans med 10 15 20 25 30 35 534 875 12 polymeren. Nanofibrerna som bildas innehåller således en blandning av polymernanofibrer och nanofibrer av additivet.

Det är även möjligt att inkorporera ett additiv till de bildade nanofibrerna. Ytterligare en möjlighet är att spinna det funktionella additivet samtidigt med en polymer, beskrivs ovan. såsom Det är också möjligt att använda ett fast medium såsom en fast polymer eller ett vax som startmaterial för processen för bildande av nanofibrer. Detta kallas normalt för smältspinning. En stor fördel med denna metod är att inget vatten eller vätska tillsätts till ytan av substratet och det finns således inget behov för att evaporera det tillsatta vattnet genom ökad torkning. Det är således möjligt att minska torkningen vilket sparar både energi och tid.

Det fiberbaserade substratet är företrädesvis en papper eller kartong tillverkad av lignocellulosa. Andra fiberbaserade substrat såsom icke-vävda (non-woven) eller textilier kan också användas.

Bildandet av partiklarna sker genom elektrospinning eller smältspinning varvid ultrafina fibrer bildas. Diametern pá en enskild fiber kan, t ex vara mindre än 5 um eller till och med mindre än 40 nm. Begreppet elektrospinning eller smältspinning relaterar till generering av fibrer i nanostorlek på grund av viskoelastiska och elektrostatiska krafter. Mediet från vilket fibrerna bildas kan vara ett skum, en smälta eller ett fast material, företrädesvis en polymer.

Det är föredraget att de bildade nanofibrerna appliceras på ett pappers eller kartongsubstrat. Partiklarna kan, t ex appliceras på en rörlig bana av papper eller kartong vid papperstillverkningsprocessen. Metoden enligt uppfinningen kan således användas för t ex bestrykning eller limning av papper eller kartong. Metoden kan användas för att 10 15 20 25 30 35 534 875 13 inkorporera olika typer av polymerfibrer direkt på eller inkorporeras i ytan av papperet eller kartongen.

Det elektrostatiska bildandet av partikeln enligt föreliggande uppfinning kan ske med hjälp av en konventionell apparat lämplig för elektrospinning. Apparaten kan innehålla en uppsamlare, en matningssektion och en spänningskälla anpassad att förse en elektriskspänningsskillnad mellan uppsamlaren och matningssektionen. Uppsamlaren kan vara en metallplatta som stöd för substratet även om en platta, en vals, en rem, en cylinder eller liknade också kan vara möjlig att använda. Den elektrostatiska spänningen är företrädesvis mellan 40 och 60 kV, och avståndet mellan mediet och substratet är företrädesvis mellan 10 och 300 mm, mer föredraget runt 50 mm.

Elektrospinning av partiklarna kan ske genom att både använda lik och/eller växelspänning. I en utföringsform av uppfinningen sker den elektrostatiska behandlingen i närvaro av växelströms (AC) att applicera en växelspänning till någon av elektroderna som bildar det elektriska fältet, appliceras antingen till matningssektionen eller till elektrisktfält. Detta kan erhållas genom t ex en växelspänning kan uppsamlaren. Användningen av AC potentialer ger upphov till en förbättrad täckning av den applicerade ytan av de bildade partiklarna.

Elektrospinningen kan också ske genom att samtidigt På detta sätt kan formen på de i processen bildade partiklarna varieras. Enligt använda både växelström och likström. en utföringsform appliceras en växelspänning på uppsamlaren och en likspänning pà matningssektionen varvid partiklar med en form av ganska stora fibrer kan tillverkas. I en annan utföringsform appliceras en växelspänning till matningssektionen och en likspänning appliceras till uppsamlaren varvid fina partiklar kan tillverkas. 10 15 20 25 30 35 534 B75 14 Matningssektionen hos den lämpliga apparaten kan t ex vara en öppning, en eller ett antal munstycken eller det är också möjligt att spinna från en öppen yta, dvs en fritt flödande vätskeyta eller en vals.

E :iment Uppfinningen beskrivs ytterligare med hänvisning till några exempel nedan. Uppfinningen är inte begränsad till de särskilda processtegen och materialet som visas häri.

Resultaten visas i de bifogade figurerna Kort beskrivning av figurerna: Figur l a) visar en obestruken kartong som används som referens.

Figur l b) visar en e-spunnen kartong bestruken med 0.3 g/m2.

Figur l c) visar en e-spunnen kartong bestruken med 1.2 9/m2.

Figur 2 a) visar en e-spunnen kartong med bestrykningsvikt (torr) av 1,2 g/m2 och värmd i ugnen vid 550°C i l s.

Figur 2 b) visar en e-spunnen kartong med bestrykningsvikt (torr) av 1,2 g/m2 och värmd i ugnen vid 550°C i 3 s.

Figur 3 a) visar en kartong med en bestrykning av elektrospinning av Cartaseal VGL efter efterbehandling.

Figur 3 b) visar en kartong med en bestrykning av elektrospinning av Cartaseal FTU efter efterbehandling.

Exempel 1 Nanofiber som tillverkas genom användning av elektrospinning applicerades på ett obestruket kartongprov.

Polymeren som användes var polyvinylalkohol och koncentrationen på den e-spunna vätskan var lite mindre än 10 vikts-%, medan de applicerade fibrerna har en hög torrhalt på grund av evaporeringen som sker vid förflyttningen mellan munstycket och substratet.

De bifogade bilderna har tagits med ett scanning elektronmikroskop (SEM) och figur l a visar en bild av en obestruken kartong som används som referens. Fibrerna och porerna mellan fibrerna ses tydligt på denna bild. 10 15 20 25 30 35 534 B75 15 I figurerna lb och lc ökas gradvis vikten av de applicerade nanofibrerna vilken kan ses som större mängd nanofibrer men också att en lokal fiber-fiber sammansmältning startar.

De jämna fläckarna som visas i figur lc indikerar att en film har bildats. Dessa fläckar erhölls genom att ändra förhållandena vid elektrospinningen så att de applicerade nanofibrerna delvis var våta, smälte samman till en film. dvs halvtorra, och således Ingen extern värme användes således i detta fall för att erhålla bildandet av filmen.

Exempel 2 Två kartongprov som har bestrukits med e-spunna nanofibrer till en vikt (torr) av 1.2 g/m2 som beskrivits i exempel 1, efterbehandlades med värme.

Genom att värmebehandla de applicerade e-spunna fibrerna är det möjligt att smälta de applicerade fibrerna för att bilda en film.

Vikten av bestrykningen i detta fall var ganska liten men det täckte ändå nästan hela kartongen vilket visar på fördelarna med föreliggande uppfinning.

Kartongproverna behandlades i en ugn vid 550°C i ls respektive 3s. Figur 2a och 2b visar effekten av efterbehandling av de spun-bestrukna prover.

Exempel 3 Kommersiell barriärkemikalie (Cartaseal, Clariant) testades och applicerades på kartong genom nämnda applicering I detta fall justerades flödesegenskaperna med polyetylenoxid. eller bestrykningsmetod som beskrivs ovan.

Receptet var: - 2000 g Cartaseal VGL respektive FTU av 10% torrhalt - 200 g polyetylenoxide 600 000 av 6% 10 15 534 E?B 16 E-spunna fibrer bildades således på substratet. I detta specifika fall användes ett ojämnt substrat och målet var att ha en bestrykningsvikt (torr) på 10 g/m2. Kartongen torkades därefter vid ll5°C i l0 minuter och SBM bilder togs pà den spunbestrukna kartongen.

Resultatet visas i Figur 3a och Figur 3b som visar att full täckning erhölls och att inga hål finns.

Tabell I visar resultaten från motståndstesterna av fett/smörjmedel enligt en modifierad ASTM F1l9-82 standard testprocedur som innefattar tester för specifika kemikalier vid en given temperatur (40 °C).

Tabell I Kemikalie Resistans mot smörjmedel genom Resistans mot smörjmedel genom kartong, kartong till TLC Tid för platta, Tid för genomsynlighet genomträngning Cartaseal VGL > 52 h > 52 h Cartaseal FTU > 52 h > 52 h

Claims (27)

10 20 25 30 35 53fl B75 Patentkrav

1. En metod för att förse en yta av ett fiberbaserat substrat med ett barriärskikt i form av en film genom att applicera nanofibrer på ytan med användning av elektrospinning eller smältspinning och filmen bildas genom efterbehandling av substratet efter det att nanofibrerna applicerats på ytan.

2. Metoden enligt krav l, varvid nämnda efterbehandling sker genom att temperaturen höjs så att de applicerade nanofibrerna bildar en film.

3. Metoden enligt krav 2, varvid temperaturen höjs till eller över glasomvandlingstemperaturen eller smälttemperaturen av de applicerade nanofibrerna så att en film bildas.

4. Metoden enligt något av föregående krav varvid åtminstone två komponenter spinns samtidigt för att applicera nanofibrer av komponenterna till ytan av substratet i ett steg.

5. Metoden enligt något av föregående krav varvid barriärskiktet bildas av åtminstone två skikt.

6. Metoden enligt något av föregående krav, varvid barriärskiktet förses med en vikt (torr) av 0.1- 20 g/m2, företrädesvis mellan 0.1-5 g/m2 eller mer företrädesvis 0.2-3 g/m2.

7. Metoden enligt något av föregående krav, varvid ytan av det fiberbaserade substratet förses med ett bestrykningsskikt innan nanofibrerna appliceras på ytan. 10 IS 20 25 30 Eäà É?E I8

8. Metoden enligt något av föregående krav, varvid barriärskiktet förses med ett bestrykningsskikt.

9. Metoden enligt något av föregående krav varvid nanofibrerna bildas genom elektrospinning eller smältspinning av en polymer, företrädesvis polyvinylalkohol, lack, polystyren, polybutadien, polyuretaner, polyetylen dispersioner, polypropylen, PLA, chitosan, stärkelse, natriumcarboxymetylcellulosa, kopolymerer av akrylat, polyvinylacetat, polyetylenoxid, polyetylen dispersioner, polyetylentereftalat dispersioner, blandningar eller dess modifierade motsvarigheter till någon av de nämnda komponenterna.

10. Metoden enligt krav 9 varvid elektrospinningen sker med en vätska eller en dispersion innehållande polymeren.

11. Metoden enligt något av de föregående kraven varvid barriärskikten dessutom förses med en funktionell egenskap genom tillsats av ett funktionellt additiv.

12. Metoden enligt krav 11 varvid det funktionella additives spinns tillsammans med polymeren.

13. Metoden enligt krav ll varvid det funktionella additivet spinns som ett separat skikt av barriärskikten.

14. Ett fiberbaserat substrat som innehåller ett fiberbasskikt och ett barriärskikt i form av en film som bildats genom elektrospunna eller mältspunna nanofibrer som applicerats på ytan av fiberbasskiktet 10 15 20 25 30 35 Efiå ä?5 19 och filmen har bildats genom efterbehandling av de applicerade nanofibrerna.

15. Fiberbaserade substratet enligt krav 14 varvid de applicerade nanofibrerna har smälts för att bilda nämnda film.

16. Fiberbaserade substratet enligt något av kraven 14-15 varvid filmen är kontinuerlig.

17. Fiberbaserade substratet enligt något av kraven 14-15 varvid filmen är diskontinuerlig.

18. Fiberbaserade substratet enligt något av kraven 14-17 varvid barriären är en barriär mot vätska, ånga, olja, lösningsmedel, värme, uv-ljus, arom och/eller gas.

19. Fiberbaserade substratet enligt krav 17 varvid barriären är en barriär mot olja, smörjmedel och/eller fett.

20. Fiberbaserade substratet enligt något av kraven 14-19 varvid barriärskiktet innehåller åtminstone två komponenter.

21. Fiberbaserade substratet enligt något av kraven 14-20 varvid barriärskiktet innehåller åtminstone två skikt.

22. Fiberbaserade substratet enligt något av kraven 14-21 varvid fiberbasskiktet är bestruken och barriärskiktet har bildats på den bestrukna ytan av fiberbasskiktet. 534 S?E 20

23. Fiberbaserade substratet enligt något av kraven 14-22 varvid barriärskiktet är bestruket.