KR100751979B1 - 폴리올레핀/폴리아미드 블렌드 층을 포함한 다층 판지포장 구조물 - Google Patents

폴리올레핀/폴리아미드 블렌드 층을 포함한 다층 판지포장 구조물 Download PDF

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Abstract

타이-층이나 다중층 공압출 시설 없이도 제품 접촉층으로 블렌드 단일층이 판지 기판에 효과적으로 코팅될 수 있게 하는 용기용 포장 라미네이트가 발표된다. 블렌드 단일 층은 폴리에틸렌 단일층에 비해서 탁월한 산소 투과 저항성과 탁월한 핀홀 저항성을 갖는다. 제품 접촉층은 폴리올레핀, 폴리아미드 및 상용화제의 블렌드로 구성된다. 단일층 블렌드는 다중층 구조에 비해 저렴하다.

Description

폴리올레핀/폴리아미드 블렌드 층을 포함한 다층 판지 포장 구조물{MULTILAYER PAPERBOARD PACKAGING STRUCTURE INCLUDING POLYOLEFIN/POLYAMIDE BLEND LAYER}
본 발명은 적어도 하나의 폴리올레핀/폴리아미드 블렌드 층과 판지를 포함한 다층 라미네이트로 제조된 포장 상자에 관계한다.
우유 포장 구조물에서 가장 최근의 개선은 나일론6/타이 층/저밀도 폴리에틸렌을 포함한 제품 접촉층으로서 판지 기판에 다층 공-압출 공정을 필요로 한다. 이러한 다층은 라인 상에서 공-압출되어 코팅된 기판을 생성한다. 나일론6/타이 층/저밀도 폴리에틸렌의 다층 공-압출은 매우 특수한 공-압출 장치에서만 공-압출될 수 있지만 산소 장벽, 밀봉, 강도 및 핀홀 저항성을 제공한다.
다층의 성능을 갖는 단일층으로서 판지 패키지의 제품 접촉면 상에 압출될 수 있는 장벽 물질을 개발할 필요가 있다. 이 방법은 다층-공-압출 라인 비용에 비해 저렴한 구조물을 생성한다.
발명의 요약
본 발명에 따르면 판지 포장 구조물의 제품 접촉면 상에 단일층으로서 압출되는 나일론6 및 저밀도 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀 및 폴리아미드 블렌드가 제 공된다.
이 구조물은 시판 단일층 구조물에 비해서 핀홀 저항성과 산소 장벽 성질을 향상시키며 단일층 압출 코팅 공정에 비해서 양호한 팽창(bulge) 저항성을 갖는 개선된 구조물을 생성한다.
도1은 적색 염료 핀홀 저항성 테스트가 수행된 이후 비교용 상자의 저부를 보여주는 사진이다.
도2는 도1은 적색 염료 핀홀 저항성 테스트가 수행된 이후 본 발명의 구조물을 사용한 상자의 저부를 보여주는 사진이다.
본 발명은 판지 포장 라미네이트 구조물에서 사용된 단일층 폴리올레핀/폴리아미드 블렌드 층에 초점을 맞춘다. 무수 말레산 변성 폴리에틸렌과 같은 적절한 상용화제는 나일론6과 저밀도 폴리에틸렌 블렌드를 판지 기판에 압출할 수 있게 한다. 압출을 위한 조성은 무수 말레산으로 기능성이 된 상용화제를 사용하면 최대 약 40중량%의 폴리아미드를 포함한다. 다른 상용화제를 사용할 경우 폴리아미드는 40중량%를 초과할 수 있다. 특히 바람직한 출발 블렌드는 나일론6과 저밀도 폴리에틸렌을 포함한다.
한 측면에서 외부 인쇄된 층으로서 저밀도 폴리에틸렌 12파운드/3000ft2(20그램/m2); 판지 기판 265파운드/3000ft2(432그램/m2); 상용화제와 나일론6 및 저밀도 폴리에틸렌 블렌드 25-30파운드/3000ft2(41-49그램/m2)를 포함한 구조물이 제공된다. 용융 블렌딩 공정은 2가지 방식으로 수행된다:
(1)압출 코팅 라인의 압출기 내부에서.
이 경우에 수지와 상용화제는 먼저 건조되고 이후 압출기의 호퍼에 도입된다. 혹은 적절한 비율로 각 성분을 호퍼에 도입하는 중력 도입기를 사용할 수 있다.
(2)블렌드를 펠렛 형태로 만들기 위해서 별도의 압출기(싱글 스크루 또는 트윈 스크루)를 사용하고 이후 펠렛을 압출 코팅을 위해 압출기의 호퍼에 도입.
저밀도 폴리에틸렌의 단일층 압출에 전형적인 가공 온도가 사용되어 신규 블렌드를 판지에 압출 코팅할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 폴리아미드는 나일론6, 나일론6-10, 나일론6-6, 비정질 나일론, MXD 나일론 등이다. 나일론6이 선호되는 성분이다. 사용된 폴리에틸렌은 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 메탈로센 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 메탈로센 폴리프로필렌을 포함한다.
사용된 상용화제는 무수 말레산 변성 폴리에틸렌이다. 상용화제로 사용 가능한 다른 폴리머는 금속 중화된 에틸렌 메타크릴산 공중합체(Surlyn), 에틸렌 아크릴산 공중합체(Primacor), 에틸렌 메타크릴 공중합체(Nucrel), 무수 말레산 변성 폴리프로필렌(Oravac), 에폭시 기능화 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌(Lotader)를 포함한다.
사용된 판지 기판은 140-300파운드/3000ft2(228-489그램/m2)의 기본 중량을 갖는다. 폴리에틸렌의 경우 용융 흐름 지수는 1-15이다. 폴리프로필렌의 경우 용융 흐름 지수는 4-60이다.
스티프니스 또는 장벽 성질을 증가시키기 위해 블렌드에 충전재를 포함시킬 수 있다. 충전재는 탄산칼슘, 탈크, 운모, 점토 등이다. 압출기에서 블렌딩 하는 동안 충전재를 도입할 수 있다. 혹은 미리 분산된 충전재를 함유한 폴리머를 다른 폴리머와 블렌딩할 수 있다. 가령 탄산칼슘 함유 저밀도 폴리에틸렌을 나일론6과 용융 블렌딩할 수 있다. 유사하게 탈크 함유 나일론6을 저밀도 폴리에틸렌과 용융 블렌딩할 수 있다. 선호되는 예는 블렌드에 장벽 및 기계적 성질을 부여하는 점토 입자의 미세 분산으로 인해 나일론6을 저밀도 폴리에틸렌 및 나노-점토와 함께 포함한다. 블렌드의 성질을 조절하기 위해서 충전재 대신에 제4 폴리머 성분을 블렌드에 도입할 수 있다.
또 다른 측면에서 판지 기판, 판지 기판에 코팅된 폴리아미드/폴리올레핀 블렌드 층을 포함한 용기용 판지 포장 라미네이트가 제공되며 블렌드 층은 라미네이트가 용기로 형성될 때 외부 층이다.
이러한 구조의 용기가 제조되고 테스트 받고 비교용 용기와 비교된다.
실시예1
저밀도 폴리에틸렌(LDPE, 65중량%), 폴리아미드(나일론6, 30중량%) 및 상용 화제(5중량%)의 블렌드가 제품 접촉층으로서 265파운드/3000ft2(432그램/m2)의 기본 중량을 갖는 판지 기판에 압출 코팅된다.
제품 접촉층으로서 LDPE 단일층으로 구성된 비교 구조물이 제조된다. 두 구조물에서 외부 인쇄된 층은 LDPE층으로 구성된다. 2개의 코팅된 판지의 산소 투과율(OTR)이 23℃, 50%RH에서 MOCON OX-TRAN 모델 2/20 기계로 측정된다. 데이터를 비교하기 위해서 두 샘플의 코트 중량은 동일하다. 결과는 표1에 제시된다.
두 샘플의 OTR 결과
제어 보오드 매트 면상의 블렌드를 갖는 실험 보오드
OCT(cc/100in2-day) 106 66

블렌드에 나일론6의 포함은 코팅된 판지의 OTR을 크게 향상시킨다. 이것은 LDPE 단독에 비해서 블렌드의 장점이다.
실시예2
저밀도 폴리에틸렌(LDPE, 65중량%), 폴리아미드(나일론6, 30중량%) 및 상용화제(5중량%)의 블렌드가 제품 접촉층으로서 파일럿 라인에서 265파운드/3000ft2(432그램/m2)의 기본 중량을 갖는 판지 기판에 압출 코팅된다. 2분 이상 시멘트 믹서에서 3가지 성분이 건식 블렌딩 되고 이후 압출기 호퍼에 도입된다. 비교 구조물이 제품 접촉층으로서 판지 기판에 LDPE만을 압출 코팅하여 제조된다. 두 구조물에서 외부 인쇄된 층은 LDPE층으로 구성된다. 코팅된 판지가 J 저 부를 갖는 블랭크로 전환되고 Evergreen 충전기를 사용하여 1/2갤론 크기의 상자가 된다. Scarlett Moo 적색 염료 수용액을 사용하여 두 상자에 대해 핀홀 저항성 염료 테스트가 수행된다. 1분간 빈 상자에 적색 염료 용액을 붓고 이후 상자에서 염료 용액을 버린다. 수 분간 수돗물로 상자를 철저히 헹군다. 마지막으로 상자를 대기 건조시킨다.
코팅에 핀홀이 존재하면 적색 염료는 섬유에 쉽게 침투하므로 건조 후에 적색 반점 형태로 표시가 남는다. 적색 반점 형성도로부터 상자의 핀홀 저항성을 평가할 수 있다. 매트 면에 LDPE를 갖는 비교 상자는 상자 형성 동안 주로 격렬한 열 때문에 매우 심한 핀홀 형성을 보인다(도1). 매트 면에 LDPE/나일론6 블렌드를 갖는 본 발명의 구조물은 핀홀 형성이 덜하다(도2).
실시예3
제품 접촉층으로 LDPE/나일론6 블렌드를 갖는 상자의 성능을 평가하기 위해서 우유 포장 시설에서 우유 충전 실험이 수행된다. 판지 기판은 265파운드/3000ft2(432그램/m2)의 기본 중량을 갖는다. 제품 접촉층으로 LDPE를 갖는 비교 샘플이 또한 실험된다. 두 구조물에서 외부 인쇄된 층은 LDPE층으로 구성된다. 구조물은 J 저부와 베진(skived) 측부 시임을 갖는다. 2% 초고온 우유가 통상의 조건 하에서 Evergreen EH-1 충전기를 사용하여 상자에 담긴다. 상자를 주름진 박스에 포장하고 표준 운반대에 축적하고 신시내티(오하이오) 실험실에 운반한다. 성능 평가 테스트는 팽창 및 맛이다. 맛은 훈련된 감별자에 의해 독립된 실험실에서 수행된다. 테스트는 12주 또는 13주 동안 주기적으로 실시된다.
팽창 저항성 테스트용 샘플이 4℃ 차가운 방에 저장된다. 상자의 평균 팽창(측부에서 측부까지 거리)이 직사각형 또는 비-팽창 상자에 대해 1/32인치 단위로 측정된다. 결과는 표2에 제시된다.
팽창 저항성 테스트 결과(1/32 인치 단위로 표시된)
시간(주) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
비교 4.6 9.5 12.8 14.4 15.2 16.1 17 18 18.8 19.1 19.6 19.8 20
실험 4.8 9.1 12 13.3 14.6 15.2 15.9 17.1 17.8 18.2 18.6 18.5 18.5
실시예4
실시예3의 상자에 저장된 2%UHT 우유가 외부 실험실에서 주기적으로 맛이 평가된다. 냉장실에 상자를 두어 함유된 냄새를 발생함으로써 테스트가 수행된다. 냄새를 발생하는 물질은 양파, 익은 사과 및 바나나이다. 훈련된 감별자는 우유의 맛을 0-100등급으로 매기고 0은 최악이다. 또한 감별자는 테스트된 샘플의 맛의 속성을 간략히 기술한다. 결과는 표3에 제시된다.
맛 평가 결과
시간(주) 3주 5주 9주 13주
비교 80 (크림,버터,약간의 보오드맛) 60 (보오드맛, 상한맛, 양파냄새발생) 40 (상한맛 발생) 20 (상한맛, 양파냄새 역겨운)
실험 80 (산뜻한, 크림, 버터) 100 (크림,버터) 80 (산뜻한,크림,버터) 80 (산뜻한, 크림, 버터, 약간의 보오드맛)

Claims (17)

  1. a)판지 기판; 및 b)판지 기판에 코팅된 폴리아미드/폴리에틸렌 블렌드 층을 포함한 용기용 판지 포장 라미네이트에 있어서,
    블렌드 층이 라미네이트가 용기로 형성될 때 제품 접촉층임을 특징으로 하는 라미네이트
  2. 제 1항에 있어서, 블렌드 층이 상용화제를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트
  3. 제 1항에 있어서, 블렌드 층이 판지 기판에 압출 코팅됨을 특징으로 하는 라미네이트
  4. 제 2항에 있어서, 블렌드 층이 판지 기판에 압출 코팅됨을 특징으로 하는 라미네이트
  5. 제 2항에 있어서, 블렌드 층이 폴리에틸렌(65중량%), 폴리아미드(30중량%) 및 상용화제(5중량%)를 포함함을 특징으로 하는 라미네이트
  6. 제 1항에 있어서, 폴리아미드가 나일론6, 나일론6-10, 나일론6-6, 비정질 나일론 또는 MXD 나일론임을 특징으로 하는 라미네이트
  7. 제 2항에 있어서, 상용화제가 무수 말레산 변성 폴리에틸렌, 금속 중화된 에틸렌 메타크릴산 공중합체, 에틸렌 아크릴산 공중합체, 에틸렌 메타크릴산 공중합체, 무수 말레산 변성 폴리프로필렌, 에폭시 기능화 폴리에틸렌 또는 에폭시 기능화 폴리프로필렌임을 특징으로 하는 라미네이트
  8. 제 1항에 있어서, 기판의 코팅안된 면에 코팅된 저밀도 폴리에틸렌 층을 더욱 포함하고 저밀도 폴리에틸렌 층은 라미네이트가 용기로 형성될 때 외부 인쇄된 층에 대응함을 특징으로 하는 라미네이트
  9. 제 2항에 있어서, 기판의 코팅안된 면에 코팅된 저밀도 폴리에틸렌 층을 더욱 포함하고 저밀도 폴리에틸렌 층은 라미네이트가 용기로 형성될 때 외부 인쇄된 층에 대응함을 특징으로 하는 라미네이트
  10. 제 8항에 있어서, 블렌드 층이 25-30파운드/3000ft2(41-49그램/m2)의 중량을 가지고 기판이 140-300파운드/3000ft2(228-489그램/m2)의 중량을 가지고; 외부 인쇄된 층이 10-15파운드/3000ft2(16-25그램/m2)의 중량을 가짐을 특징으로 하는 라미네이트
  11. 제 3항에 있어서, 압출 코팅기에 첨가되기 이전에 블렌드 층이 건식 블렌딩됨을 특징으로 하는 라미네이트
  12. 제 1항에 있어서, 폴리에틸렌이 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 메탈로센 폴리에틸렌 또는 선형 저밀도 폴리에틸렌임을 특징으로 하는 라미네이트
  13. 제 1항에 있어서, 블렌드 층이 탄산칼슘, 탈크, 운모, 점토 그리고 이것들의 조합에서 선택된 충전재를 더욱 포함함을 특징으로 하는 라미네이트
  14. 제 2항에 있어서, 블렌드 층이 탄산칼슘, 탈크, 운모, 점토 그리고 이것들의 조합에서 선택된 충전재를 더욱 포함함을 특징으로 하는 라미네이트
  15. a)265파운드/3000ft2(432그램/m2)의 중량을 갖는 판지 기판; 및 b)저밀도 폴리에틸렌(LDPE, 65중량%), 나일론6(30중량%) 및 무수 말레산으로 기능성을 갖는 상용화제(5중량%)로 구성되고, 제품 접촉층으로 기판의 한 면에 압출 코팅되고, 25-30파운드/3000ft2(41-49그램/m2)의 중량을 갖는 블렌드 층을 포함한 용기용 판지 포장 라미네이트
  16. 제 15항에 있어서, 외부 인쇄된 층으로 기판의 코팅안된 면에 코팅되고 10-15파운드/3000ft2(16-25그램/m2)의 중량을 갖는 저밀도 폴리에틸렌 층을 더욱 포함함을 특징으로 하는 라미네이트
  17. a)판지 기판; 및 b)판지 기판에 코팅된 폴리아미드/폴리에틸렌 블렌드 층을 포함한 용기용 판지 포장 라미네이트에 있어서,
    블렌드 층이 라미네이트가 용기로 형성될 때 외부층임을 특징으로 하는 라미네이트
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