Heat-sealable matte coating composition

Abstract

Provided is a heat-sealable matte coating composition, comprising an aqueous dispersion of (i) at least one vinyl acetate copolymer having a particle size of 0.05 μm to 2 μm, and (ii) at least one acrylic matting agent having a particle size of 0.5 μm to 10 μm, in a mixing weight ratio of from 1: 5.8 to 5.8: 1, wherein the composition has a total solid content of 30%to 60%by weight of the composition. Also provided are a coating, a matte coated substrate, and a packaging article prepared by using the composition, as well as the method of preparing the same.

Description

HEAT-SEALABLE MATTE COATING COMPOSITION

[0001] FIELD OF THE DISCLOSURE

[0002] The present disclosure relates to compositions in the field of materials science, and specifically, to a heat-sealable matte coating composition. The heat-sealable matte coating composition can be applied to film substrates to form a matte coated film for use in packaging applications.BACKGROUND

[0003] The popularity of matte packaging is on the rise across multiple sectors, extending beyond food to include electronics and cosmetics. This surge is due to brands aiming to set their products apart, seeking either a distinctive visual allure or a natural feel to elevate the perceived premium nature and stimulate consumer buying interest. As a result, the matte look has become synonymous with luxury, delicacy, freshness, and high quality, surpassing simple price implications.

[0004] The drive for eco-friendly packaging has steered the industry toward options that are recyclable, reusable, and compostable. In paper packaging, recycling fibers is essential, involving a cycle of collection, repulping, and remanufacturing. Traditional matte laminates from plastic matte film and paper substrates in electronic and cosmetic packaging require plastic separation before repulping which result to high operation complexity and cost. Dow′s OPULUX Matte Finish technology offers an alternative for premium, directly repulpable matte paper packaging with improved appearance and durability. However, it requires additional adhesive for sealing in manufacturing processes.

[0005] There remains a need to develop a formulation for providing heat-sealable, directly recyclable premium matte packaging with good performances such as a soft touch, low gloss, controlled COF, abrasion resistance, and good adhesion to paper substrates.

[0006] SUMMARY OF THE DISCLOSURE

[0007] In an aspect, the present disclosure provides a heat-sealable matte coating composition, comprising an aqueous dispersion of (i) at least one vinyl acetate copolymer having a particle size of 0.05 μm to 2 μm, and (ii) at least one acrylic matting agent having a particle size of 0.5  μm to 10 μm, in a mixing weight ratio of from 1: 5.8 to 5.8: 1, wherein the composition has a total solid content of 30%to 60%by weight of the composition.

[0008] In another aspect, the present disclosure provides a coating made from the heat-sealable matte coating composition described herein.

[0009] In another aspect, the present disclosure provides a matte coated substrate, comprising the coating made from the heat-sealable matte coating composition described herein on a surface of the substrate.

[0010] In another aspect, the present disclosure provides a packaging article made from the matte coated substrate described herein.

[0011] In another aspect, the present disclosure provides a method of producing a matte coated substrate, comprising, providing the heat-sealable matte coating composition described herein and a substrate, coating the heat-sealable matte coating composition onto a surface of the substrate, and, drying the coating.

[0012] It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not restrictive of the invention, as claimed.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0013] Figure 1 shows the general process of paper packaging recycling circle.

[0014] DETAILED DESCRIPTION OF THE DISCLOSURE

[0015] Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the invention belongs. Also, all publications, patent applications, patents, and other references mentioned herein are incorporated by reference.

[0016] As used herein, "and / or" means "and, or as an alternative" . All ranges include endpoints unless otherwise indicated.

[0017] As used herein, the term "emulsion" refers to an aqueous material made from free radical emulsion polymerization of unsaturated monomers.

[0018] As used herein, the term "composition" refers to a mixture of materials which comprises the composition.

[0019] As used herein, the term "particle size" for vinyl acetate copolymer and acrylic matting agent refers to median weight average (D50) particle size measured by Disc Centrifuge Photosedimentometer (DCP) described in Methods section.

[0020] As used herein, the term "polymer" refers to a polymeric compound prepared by polymerizing monomers, whether of the same or a different type. The generic term polymer thus embraces the term homopolymer (employed to refer to polymers prepared from only one type of monomer, with the understanding that trace amounts of impurities can be incorporated into the polymer structure) , and the term interpolymer as defined hereinafter. Trace amounts of impurities (for example, catalyst residues) may be incorporated into and / or within the polymer. A polymer may be a single polymer, a polymer blend or a polymer mixture, including mixtures of polymers that are formed in situ during polymerization.

[0021] The terms "comprising, " "including, " "having, " and their derivatives, are not intended to exclude the presence of any additional component, step or procedure, whether or not the same is specifically disclosed. In order to avoid any doubt, all compositions claimed through use of the term "comprising" may include any additional additive, adjuvant, or compound, whether polymeric or otherwise, unless stated to the contrary. In contrast, the term, "consisting essentially of" excludes from the scope of any succeeding recitation any other component, step or procedure, excepting those that are not essential to operability. The term "consisting of" excludes any component, step or procedure not specifically delineated or listed.

[0022] Unless stated to the contrary, implicit from the context, or customary in the art, all parts and percentages are based on weight, all temperatures are in ℃, and all test methods are current as of the filing date of this disclosure.

[0023] A. Heat-sealable matte coating composition

[0024] The trend toward sustainable packaging is leading the industry toward materials that can be recycled, reused, and composted. In the realm of paper packaging, recycling paper fibers is essential. Typically, this involves collecting wastepaper packaging, repulping it, and then using the pulp to produce new paper for packaging, as illustratively shown in Figure 1. Presently, most matte electronic and cosmetic paper packaging consists of paper and matte film laminates, which require the plastic film to be separated from the paper before repulping. Dow has introduced OPULUX Matte Finish technology as an innovative alternative. This technology enables the creation of premium matte paper packaging without the need for matte plastic film laminates,  making it directly repulpable. However, the OPULUX matte finish′s inability to seal with heat necessitates an additional adhesive or glue in the sealing area to make it sealable, whether for pouches or boxes, during the packaging process.

[0025] High Frequency Welding (HFW) is the main welding technology for manufacturing cold-formed welded steel tubes. Welded tubes are normally made from flat sheet material by continuous roll forming and the High Frequency Induction Welding process. It is popular process in automotive industry. Good weldability is one precondition for successful HF welding. The quality and the characteristics of the weld depend on the actual the sheet characteristics (such as chemistry, microstructure, and strength) and the set-up of the manufacturing process.

[0026] The packaging industry seals to form package mainly with heat-contact (HC) techniques but is using ultrasonic (US) techniques more and more. Less widely practiced are high frequency (HF) which are used in only a few cases. High-frequency techniques have two different working principles: the dielectric principle and the inductive principle. The dielectric principle was first applied in manufacturing plastic (particularly PVC) clothing, while the inductive principle is used in the heating of metals in a high-frequency electric field, for instance in hardening and refining steel. Nowadays, these techniques are often used in the automobile, clothing, and pharmaceutical industries, and in manufacturing office equipment and sports articles.

[0027] The inventors have developed a formulation suitable for HFW sealable or heat sealable matte coatings that provide excellent soft touch, matte appearance, and adhesion on paper substrates. The formulation removes the necessity for additional adhesives or glue in the sealing area of the packaging, thereby simplifying the process and decreasing the use of materials, thereby saving costs. Moreover, it enables premium matte paper packaging to be repulped directly, bypassing the need to separate plastic matte film from paper fibers, a step required in current matte paper packaging processes.

[0028] In an aspect, the present disclosure provides a heat-sealable matte coating composition, comprising an aqueous dispersion of (i) at least one vinyl acetate copolymer having a particle size of 0.05 μm to 2 μm, and (ii) at least one acrylic matting agent having a particle size of 0.5 μm to 10 μm, in a mixing weight ratio of from 1: 5.8 to 5.8: 1, wherein the composition has a total solid content of 30%to 60%by weight of the composition.

[0029] As used herein, the term "dispersion" refers to a system where polymer particles are dispersed within a continuous phase of a different medium (e.g., an aqueous medium, e.g., water) . These dispersions are typically stable and consist of polymer particles that are prevented  from agglomerating into larger particles due to various stabilization mechanisms. The heat-sealable matte coating composition in the form of a dispersion provides essential properties like film formation, viscosity, and adhesion (for example on paper substrates) .

[0030] The heat-sealable matte coating composition described herein comprises at least one vinyl acetate copolymer. The at least one vinyl acetate copolymer comprised in the composition includes, for example, one or more vinyl acetate copolymer compounds known in the art. For example, the vinyl acetate copolymer includes ethylene vinyl acetate copolymer (EVA) , vinyl acetate ethylene copolymer (VAE) , other vinyl acetate copolymers such as vinyl acetate acrylate copolymers and vinyl acetate-ethylene-styrene copolymers, and the like, and mixtures thereof.

[0031] In some embodiments, the amount of the at least one vinyl acetate copolymer comprised in the heat-sealable matte coating composition is from 5%to 50%by weight of the composition. In some embodiments, the amount of the at least one vinyl acetate copolymer comprised in the heat-sealable matte coating composition is within the range obtained by combining any two of the following endpoints: 5%, 8%, 10%, 12%, 15%, 18%, 20%, 22%, 25%, 28%, 30%, 32%, 35%, 38%, 40%, 42%, 45%, 48%and 50%by weight of the composition, for example, from 5%to 45%, from 5%to 40%, from 5%to 35%, from 5%to 30%, from 5%to 25%, from 5%to 28%, from 5%to 22%, from 5 to 20%, from 8%to 20%, from 10%to 20%or from 12%to 20%by weight of the composition.

[0032] In some embodiments, the vinyl acetate copolymer is generated, for example, by using as one of the monomers (i.e., the co-monomer with the vinyl acetate co-monomer) , a monomer containing an oxygen element. For example, the co-monomer, in addition to alkenes such as ethylene, is selected from one or more of the following compounds: vinyl acetate, acrylates, methacrylates, acrylic nitrile, and the like, and mixtures thereof. In some embodiments, the at least one vinyl acetate copolymer has a vinyl acetate comonomer content of from 10%to 40%by weight of the copolymer. In some embodiments, the at least one vinyl acetate copolymer has a vinyl acetate comonomer content that is within the range obtained by combining any two of the following endpoints: 10%, 12%, 15%, 18%, 20%, 22%, 25%, 28%, 30%, 32%, 35%, 38%and 40%by weight of the copolymer, for example, from 10%to 35%, from 10%to 32%, or from 15%to 30%by weight of the copolymer.

[0033] In some embodiments, the at least one vinyl acetate copolymer has a density of from 0.91 g / cm3 to 1.19 g / cm3, as measured according to ASTM D792-ISO 1183. In some embodiments, the density of the at least one vinyl acetate copolymer is within the range obtained by combining  any two of the following endpoints: 0.91, 0.915, 0.92, 0.925, 0.93, 0.935, 0.94, 0.945, 0.95, 0.955, 0.960, 0.970, 0.980, 0.990, 1.00, 1.10, and 1.19 g / cm3, for example, from 0.925 to 0.960 g / cm3, or from 0.93 to 0.955 g / cm3, as measured according to ASTM D792-ISO 1183.

[0034] In some embodiments, the at least one vinyl acetate copolymer has a Melt Flow Index (MFI) at 190℃ / 2.16 kg of no greater than 700 g / 10 min, as measured according to ASTM D1238, ISO 1133. In some embodiments, the at least one vinyl acetate copolymer has a MFI at 190℃ / 2.16 kg of no greater than 680, 650, 630, 600, 580, 550, 520 or 500 g / 10 min, for example, from 1 to 680 g / 10 min, from 1 to 600 g / 10 min, or from 1 to 550 g / 10 min, as measured according to ASTM D1238, ISO 1133.

[0035] In some embodiments, the at least one vinyl acetate copolymer comprises one or more EVA copolymers. Nonlimiting examples of commercially available EVA copolymers include ElvaxTM 265, ElvaxTM 410 commercially available from The Dow Chemical Company, and the like.

[0036] In some embodiments, the EVA copolymer can be made either from bulk polymerization process or emulsion polymerization process.

[0037] The at least one vinyl acetate copolymer comprised in the heat-sealable matte coating composition has a particle size of 0.05 μm to 2 μm.

[0038] The heat-sealable matte coating composition described herein comprised at least one acrylic matting agent.

[0039] In some embodiments, the amount of the at least one acrylic matting agent comprised in the heat-sealable matte coating composition is from 35%to 90%by weight of the composition. In some embodiments, the amount of the at least one acrylic matting agent comprised in the heat-sealable matte coating composition is within the range obtained by combining any two of the following endpoints: 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, and 90%by weight of the composition, for example, from 45%to 85%, from 50%to 85%, from 60%to 85%or from 60%to 80%by weight of the composition.

[0040] The at least one acrylic matting agent comprised in the heat-sealable matte coating composition has a particle size of 0.5 μm to 10 μm, for example, 0.5 μm to 8 μm, 1 μm to 8 μm, 2 μm to 8 μm, 2 μm to 6 μm, or 3 μm to 6 μm.

[0041] The weight ratio of the vinyl acetate copolymer to the acrylic matting agent comprised in the heat-sealable matte coating composition is from 1: 5.8 to 5.8: 1. In some embodiments, the weight ratio of the vinyl acetate copolymer to the acrylic matting agent is within the range  obtained by combining any two of the following endpoints: 5.8: 1, 5: 1, 4.5: 1, 4: 1, 3.5: 1, 3: 1, 2.5: 1, 2: 1, 1.5: 1, 1: 1, 1: 1.5, 1: 2, 1: 2.5, 1: 3, 1: 3.5, 1: 4, 1: 4.5, 1: 5, and 1: 5.8, for example, from 3: 1 to 1: 5, from 2: 1 to 1: 5, or from 1: 1 to 1: 5.

[0042] In some embodiments, the heat-sealable matte coating composition comprises a tackifier. The term "tackifier" as used herein refers to an agent that is added to the polymer dispersion to help enhance the stickiness or ′tack′ of the polymer when it is applied and dried or cured.

[0043] Tackifiers are usually low molecular weight resins derived from natural sources or synthetic ones, including rosin resin, polyterpene resin, dammar resin, petroleum resin, coumaron-indene resin, polystyrene resin, phenolic resin and xylene resin. In some embodiments, the tackifier comprises a rosin-based tackifier. Nonlimiting examples of suitable rosin-based tackifiers include, but are not limited to, gum rosin, tall oil rosin (e.g., PAMITE) , hydrogenated rosins (e.g., STAYBELITE Resin-E) , rosin esters, rosin acids, and polymerized rosins (e.g., DYMEREX, POLYSTIX 90) , and the like.

[0044] In some embodiments, the amount of the tackifier comprised in the heat-sealable matte coating composition is from 0.1%to 5.0%by weight of the composition. In some embodiments, the amount of the tackifier comprised in the heat-sealable matte coating composition is within the range obtained by combining any two of the following endpoints: 0.1%, 0.3%, 0.5%, 0.7%, 1.0%, 1.5%, 2.0%, 2.5%, 3.0%, 3.5%, 4.0%, 4.5%and 5.0%by weight of the composition, for example, from 0.5%to 4.5%, from 0.5%to 3.5%, from 0.7%to 3.5%or from 1.0%to 3.0%by weight of the composition.

[0045] In some embodiments, the heat-sealable matte coating composition comprises a dispersant. The term "dispersant" as used herein means an agent that helps to form and / or stabilize a dispersion. Dispersants suitable for the described composition can include an alkyl carboxylic acid; oleic acid (fatty acid, soap generated in situ) ; a dimer acid; other alkyl carboxylic acids having from ＞12 to ＜20 carbon atoms per acid; and mixtures thereof.

[0046] In some embodiments, the amount of the dispersant comprised in the heat-sealable matte coating composition is less than 1.2%by weight of the composition, for example, from 0.01%to 1.2%by weight of the composition. In some embodiments, the amount of the surfactant comprised in the heat-sealable matte coating composition is within the range obtained by combining any two of the following endpoints: 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%, 0.6%, 0.7%, 0.8%, 0.9%, 1.0%, 1.1%, and 1.2%by weight of the composition, for example, from 0.1%to 1.0%, from 0.2%to 1.0%, or from 0.5%to 1.0%, by weight of the composition.

[0047] The heat-sealable matte coating composition can comprise a neutralizing agent (such as a base) to neutralize the available acid in the composition. Examples of neutralizing agents include, base compounds include aqueous potassium hydroxide (KOH) , sodium hydroxide (NaOH) , ammonia, tetra alkylamine, and mixtures thereof. The amount of the neutralizing agent added to the heat-sealable matte coating composition can be determined by reference to the desired pH.

[0048] The heat-sealable matte coating composition comprises an aqueous medium to make the aqueous dispersion of polymers. In some embodiments, the heat-sealable matte coating composition comprises a suitable amount of water (e.g., DI water) .

[0049] The heat-sealable matte coating composition can further comprise a post-crosslinker or adhesion promotor. As used herein, the term "post-crosslinker or adhesion promotor" refers to a class of materials with more than two reactive chemical groups per molecule that can form a crosslinked network of stable chemical bonds during or after film formation.

[0050] In some embodiments, the post-crosslinker or adhesion promotor is a water-dispersible post-crosslinker. In some embodiments, the water-dispersible post-crosslinker can include one or more water-dispersible polyisocyanates. Examples of suitable water-dispersible polyisocyanates include, but are not limited to, water-dispersible aliphatic diisocyanates such as various forms of hexamethylene di-isocyanate (HDI) , methylene dicyclohexyl diisocyanate also called hydrogenated MDI (HMDI) , isophorone diisocyanate (IPDI) , and mixtures thereof.

[0051] In some embodiments, the water-dispersible polyisocyanate useful in the present invention can be selected from commercially available water-dispersible polyisocyanate products. For example, the water-dispersible polyisocyanate can be CR 9-101 (available from The Dow Chemical Company) ;  Ultra 2487 / 1,  Ultra 304, and  Ultra 3100 (all available from Covestro) ; and mixtures thereof.

[0052] The post-crosslinker is generally incorporated in the heat-sealable matte coating composition in an amount of up to 2%by weight of the composition.

[0053] In some embodiments, the heat-sealable matte coating composition can comprise one or more additional agents or additives useful in preparing the composition as described, including, but not limited to, defoamers, rheology modifiers, wetting agents, slip agents, and mixtures thereof.

[0054] B. Heat-sealable matte coating

[0055] In another aspect, the present disclosure provides a coating made from the heat-sealable matte coating composition described above.

[0056] In some embodiments, the coating is formed by applying a layer of the heat-sealable matte coating composition onto a surface of a substrate and drying the composition or causing the liquid medium of the composition to volatilize, thereby providing the coating layer.

[0057] In some embodiments, the coating is applied and adhered to a film substrate. In some embodiments, the substrate is a fibrous substrate. In some embodiments, the substrate is a fibrous flat substrate. Examples of the fibrous substrates include, but are not limited to paper (e.g., printing paper, packaging paper, fine paper) , paperboard, cardboard, cotton fabric, linen, wool, silk, hemp, jute, bamboo fiber, glass fiber, polyester fiber, nylon, acrylic fiber, and the like, particularly in the form of flat layers. In some embodiments, the substrate is a paper-based substrate, for example, printing paper, packaging paper, fine paper, cardstock, art paper, watercolor paper, wallpaper, photographic paper, kraft paper, paperboard, and the like.

[0058] In an embodiment, the wet coating can be left at room temperature for a period of time to dry. In another embodiment, the wet coating can be heated to dry at an elevated temperature. For example, in an embodiment, after application, the wet coating can be processed in an oven at 90℃ for 2 minutes to dry.

[0059] In some embodiments, the coating has a coating weight of from 0.9 to 3.2 g / m2. In some embodiments, the coating has a coating weight that is within the range obtained by combining any two of the following endpoints: 0.9, 1.0, 1.2, 1.5, 1.8, 2.0, 2.2, 2.5, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0, 3.1 and 3.2 g / m2, for example, from 0.9 to 3.1 g / m2, from 0.9 to 3.0 g / m2, or from 1.0 to 2.9 g / m2.

[0060] The coating forms a low-gloss or antiglare layer on a surface of the substrate.

[0061] In some embodiments, the coating has a 60° gloss of 10 GU or less, for example, 9 GU or less, 8 GU or less, 7 GU or less or 6 GU or less, as measured according to ASTM D2457. In some embodiments, the coating has a 60° gloss of from 0.1 to 10 GU, as measured according to ASTM D2457. In some embodiments, the coating has a 60° gloss that is within the range obtained by combining any two of the following endpoints: 0.1, 0.3, 0.5, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2, 1.5, 1.8, 2.0, 2.2, 2.6, 2.8, 3.0, 3.8, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0 and 10.0 GU, for example, from 0.5 to 10.0 GU, from 0.6 to 9.0 GU or from 0.6 to 9.0 GU, as measured according to ASTM D2457.

[0062] In some embodiments, the coating has a 85° gloss of 40 GU or less, for example, 38 GU or less, 36 GU or less, 35 UG or less or 33 GU or less, as measured according to ASTM D2457. In some embodiments, the coating has a 85° gloss of from 1 to 40 GU, as measured according to  ASTM D2457. In some embodiments, the coating has a 85° gloss that is within the range obtained by combining any two of the following endpoints: 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5, 6, 8, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 35, 38, and 40 GU, for example, from 1 to 38.0 GU, or from 1.5 to 35 GU, as measured according to ASTM D2457.

[0063] The coating is formed with a controlled coefficient of friction (COF) .

[0064] In some embodiments, the coating has a coefficient of static friction (coating / coating) of from 0.4 to 2.0. In some embodiments, the coating has a coefficient of static friction that is within the range obtained by combining any two of the following endpoints: 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9 and 2.0, for example, from 0.5 to 1.8, from 0.6 to 1.6, or from 0.7 to 1.4.

[0065] In some embodiments, the coating has a coefficient of kinetic friction (coating / coating) of from 0.3 to 1.6. In some embodiments, the coating has a coefficient of kinetic friction (coating / coating) that is within the range obtained by combining any two of the following endpoints: 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, and 1.6, for example, from 0.3 to 1.5, from 0.4 to 1.2, or from 0.4 to 1.0.

[0066] The coating imparts heat-sealability to the substrate without the need for additional adhesives or glue materials to seal.

[0067] In some embodiments, the coating provides a heat-seal bond strength of no less than 30 g / 25.4 mm at 116 ℃, for example, no less than 40, no less than 50, no less than 60, no less than 70, no less than 80, not less than 100, no less than 150, no less than 200, or no less than 250 g / 25.4 mm at 116 ℃.

[0068] In some embodiments, the coating provides a heat-seal bond strength of no less than 30 g / 25.4 mm at 127 ℃, for example, no less than 40, no less than 50, no less than 60, no less than 70, no less than 80, not less than 100, no less than 150, no less than 200, or no less than 250 g / 25.4 mm at 127 ℃.

[0069] C. Matte coated substate

[0070] In another aspect, the present disclosure provides a matte coated substrate, comprising the coating made from the heat-sealable matte coating composition described above on a surface of at least one layer of a substrate.

[0071] In some embodiments, the substrate is a film substrate. In some embodiments, the substrate is a fibrous substrate. In some embodiments, the substrate is a fibrous flat substrate. Examples  of the fibrous substrates include, but are not limited to paper (e.g., printing paper, packaging paper, fine paper) , paperboard, cardboard, cotton fabric, linen, wool, silk, hemp, jute, bamboo fiber, glass fiber, polyester fiber, nylon, acrylic fiber, and the like, particularly in the form of flat layers. In some embodiments, the substrate is a paper-based substrate, for example, printing paper, packaging paper, fine paper, cardstock, art paper, watercolor paper, wallpaper, photographic paper, kraft paper, paperboard, and the like.

[0072] In some embodiments, the substrate has a thickness of from 20 μm to 3 mm, for example, from 20 μm to 2.5 mm, from 20 μm to 2 mm, from 20 μm to 1.5 mm, from 20 μm to 1 mm, from 20 μm to 800 mm, from 20 μm to 600 μm, for example, from 30 μm to 500 μm, or from 50 μm to 500 μm.

[0073] The matte coated substrate advantageously can be used as a packaging material as the matte coating provides an excellent matt surface texture, can be recycled directly without separating the plastic film and fibrous substrate (like paper) , and offers the desired heat-sealability without the need of additional adhesive or glue materials on the sealing area.

[0074] In some embodiments, the matte coated substrate can be used in packaging applications for manufacturing various packaging materials and products. For example, the matte coating substrate can be used for food packaging, for cosmetic packaging, and for electronic packaging. Other applications include non-food packaging applications such as agricultural chemical packaging.

[0075] In another aspect, the present disclosure provides a packaging article made from the matte coated substrate described herein.

[0076] In another aspect, the present disclosure provides a method of producing a matte coated substrate, comprising, providing the heat-sealable matte coating composition described herein and a substrate, coating the heat-sealable matte coating composition onto a surface of the substrate, and drying the coating or causing the liquid medium of the coating to volatilize, thereby providing the matte coated substrate.

[0077] In some embodiments, the method further comprises incorporate into the heat-sealable matte coating composition a post-crosslinker or adhesion promotor just before the coating is applied. In some embodiments, the post-crosslinker or adhesion promotor is a water-dispersible post-crosslinker or adhesion promotor. In some embodiments, the water-dispersible post-crosslinker or adhesion promotor can include one or more water-dispersible polyisocyanates. Examples of suitable water-dispersible polyisocyanates include, but are not limited to, water- dispersible aliphatic diisocyanates such as various forms of hexamethylene di-isocyanate (HDI) , methylene dicyclohexyl diisocyanate also called hydrogenated MDI (HMDI) , isophorone diisocyanate (IPDI) , and mixtures thereof.

[0078] In some embodiments, the water-dispersible polyisocyanate useful in the present invention can be selected from commercially available water-dispersible polyisocyanate products. For example, the water-dispersible polyisocyanate can be CR 9-101 (available from The Dow Chemical Company) ;  Ultra 2487 / 1,  Ultra 304, and  Ultra 3100 (all available from Covestro) ; and mixtures thereof.

[0079] The post-crosslinker is generally incorporated into the heat-sealable matte coating composition in an amount of up to 2%by weight of the composition.

[0080] The matte coating composition of the present disclosure advantageously can be applied using gravure processing, Flexographic print, and offset print for making a matte packaging material for premium packaging. The matte coating composition of the present disclosure advantageously can be applied using spray process. The coating composition enables direct recyclability and heat-sealable properties of the substrate, and beneficially provides desired performances such as a soft touch, low gloss, controlled COF, abrasion resistance, and good adhesion to fibrous substrates (e.g., paper) .

[0081] It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not restrictive of the invention, as claimed.EXAMPLES

[0082] Some embodiments of the invention will now be described in the following Examples, wherein all parts and percentages are by weight unless otherwise specified.

[0083] The basic information of raw materials used in the examples is listed in Table 1.

[0084] Table 1. Basic information of raw materials used in the examples

[0085] Table 2. Matte coating formulations

[0086] Table 3. Formulations for comparative example (acrylic matte coating)

[0087] The inventive coating formulations were conducted with a high-speed mixer by mixing the components with the given amount and the given procedure: a FlackTek Speed Mixer at 1800-2000rpm for 2 minutes.

[0088] The formulated matte coating was coated on paper board (LENETA Cardboard) either by Mayer rod drawdown bar #7 or a QD Printer with a Flexo-proofer. The wet coating was dried in a 90℃ oven for 2 minutes. The coating properties and performance were tested after total drying and 4 more days at room temperature for the composition incorporated with CR 9-101.

[0089] Tested property results

[0090] The matte coating property and performance on paper substrate were tested and shown below.

[0091] Table 4. Coating performance without coreactant

[0092] Table 5. Property of the matte coating from QD Flexo-Proofer

[0093] Table 6. Coating performance with coreactant (CR 9-101)

[0094] Table 7. Property of the matte coating from QD Flexo-Proofer

[0095] Measurements

[0096] Viscosity of formulated products (before incorporation with crosslinker) was measured using Brookfield Viscometer DV I+ spindle #2 at 23℃.

[0097] Coating Gloss was tested 60° and 85o gloss with BYK Gardner Glossmeter (micro-tri-gloss) based on ASTM D2457.

[0098] Coefficient of Friction (COF) was determined using the TMI Friction and Slip Tester Model 32-06-00 at 25 ℃, 50%relative humidity (RH) .

[0099] Sutherland abrasion was tested with a  2000 RUB tester with 4lb weight loading according to ASTM D5265.

[0100] Heat seal ability was conducted by heat seal coating face to face with a heat sealer with 40PSI for 1 second during time at different heat seal temperature.

[0101] Heat seal bond strength was tested with T-peel bond strength which was measured on 1-inch (2.54cm) strips at a rate of 10 inch / min on a Thwing-Albert tensile tester with a 50 N loading cell. Three strips were tested for each heat-sealed sample and the high and mean strength were recorded along with the failure mode. In case of paper tear, the average peak value was reported; in other failure modes such as coating / coating adhesion failure or coating / substrate adhesion failure, the average mean T-peel bond strength was reported.

Claims

1.A heat-sealable matte coating composition, comprising an aqueous dispersion of (i) at least one vinyl acetate copolymer having a particle size of 0.05 μm to 2 μm, and (ii) at least one acrylic matting agent having a particle size of 0.5 μm to 10 μm, in a mixing weight ratio of from 1: 5.8 to 5.8: 1, wherein the composition has a total solid content of 30%to 60%by weight of the composition.2.The heat-sealable matte coating composition according to claim 1, wherein the vinyl acetate copolymer comprises an ethylene vinyl acetate copolymer (EVA) .3.The heat-sealable matte coating composition according to claim 1, wherein the vinyl acetate copolymer is comprised in an amount of from 5%to 50%by weight of the composition.4.The heat-sealable matte coating composition according to claim 1, wherein the at least one vinyl acetate copolymer has a vinyl acetate comonomer content of from 10%to 40%by weight of the copolymer.5.The heat-sealable matte coating composition according to claim 1, wherein the at least one acrylic matting agent is comprised in an amount of from 35%to 90%by weight of the composition.6.The heat-sealable matte coating composition according to claim 1, wherein the composition comprises a tackifier; particularly, the tackifier comprises a rosin-based tackifier.7.The heat-sealable matte coating composition according to claim 1, wherein a post-crosslinker is incorporated into the composition, in an amount of up to 2%by weight of the composition.8.A coating made from the heat-sealable matte coating composition according to claim 1.9.The coating according to claim 8, wherein the coating has a coating weight of from 0.9 to 3.2 g / m2.10.The coating according to claim 8, wherein the coating has a 60° gloss of 10 GU or less; particularly, the coating has a 85° gloss of 40 GU or less; more particularly, the coating provides a heat-seal bond strength of no less than 30 g / 25.4 mm at 116 ℃, more particularly, the coating provides a heat-seal bond strength of no less than 30 g / 25.4 mm at 127 ℃.11.A matte coated substrate, comprising the coating according to claim 8 on a surface of at least one layer of the substrate.12.The matte coated substrate according to claim 1, wherein the substrate is a fibrous substrate; particularly, a fibrous substrate selected from the group consisting of paper, paperboard, cardboard, cotton fabric, linen, wool, silk, hemp, jute, bamboo fiber, glass fiber, polyester fiber, nylon, and acrylic fiber.13.A packaging article made from the matte coated substrate according to claim 12.14.A method of producing a matte coated substrate, comprising,providing the heat-sealable matte coating composition according to claim 1 and a substrate, coating the heat-sealable matte coating composition onto a surface of the substrate, and drying the coating, to provide the matte coated substrate.

Images