KR101365764B1 - 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리스티렌 용기에 대한 알루미늄 포일 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름의 밀봉을 위한 열 밀봉 재료 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 올레핀 중합체 또는 올레핀 공중합체 A, 메타크릴레이트 공중합체 B, 상기 언급한 성분으로 구성된 그래프트 중합체 AB, 폴리에스테르 C 및 임의의 중합체 D 또는 임의의 중합체 블렌드 DA, 및 용매 또는 용매 혼합물 L로 구성되는 열 밀봉 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 열 밀봉 시스템은 다양한 플라스틱 및 알루미늄 포일 또는 PET 필름에 대한 높은 내열성, 탁월한 차단성 및 짧은 밀봉 시간을 특징으로 한다.
열 밀봉, 알루미늄 포일, PET 필름, 식료품, 포장
Description
정제 및 식료품 포장 부문은 폴리스티렌 (PS) 및 폴리비닐 클로라이드 (PVC)와 더불어, 폴리프로필렌 (PP) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)의 도래를 앞두고 있다. 전처리되지 않은 폴리프로필렌은 접착 강도에 관한 문제가 그다지 자주 발생하지 않기 때문에, 코팅 부문에서 매우 중요한 플라스틱이다. 폴리프로필렌에 대한 열 밀봉이 수행되는 경우(이 때 PP는 코팅되지 않고 대신 "부착"된다) 이러한 문제는 다소 다른 관점에서 다루어지기는 하지만, 그럼에도 불구하고 이러한 문제는 여전히 존재한다. 이러한 이유로, 폴리스티렌 또는 PVC의 밀봉에 사용되어 온 폴리(메트)아크릴레이트 수지, 예컨대 DEGALAN(등록상표) P 24 또는 DEGALAN(등록상표) N 80은 사용할 수가 없는데, 이들 제품으로는 봉합 솔기 강도 (sealed-seam strength)를 달성할 수 없기 때문이다.
DEGALAN(등록상표) P 24는 메틸 메타크릴레이트와 부틸 메타크릴레이트의 공중합체이며, 룀 게엠베하 & 코. 카게 (Rohm GmbH & Co. KG)에서 시판되고 있다. DEGALAN(등록상표) N 80은 메틸 아크릴레이트-에틸 메타크릴레이트 공중합체이며, 마찬가지로 룀 게엠베하 & 코. 카게에서 상용화되어 있다.
특별한, 용매-기제의, 부틸 아세테이트/메틸 에틸 케톤 중의 폴리올레핀/폴리(메트)아크릴레이트를 기반으로 한 바인더 시스템인 DEGALAN(등록상표) PM 555 (제조자: 룀 게엠베하 & 코. 카게)로, 알루미늄 포일을 폴리프로필렌에 밀봉하는 데 탁월한 적합성을 갖는 바인더의 개발에 성공을 거두었다. 그런데, DEGALAN(등록상표) PM 555로 폴리스티렌과 PVC에도 동일하게 효과적인 밀봉을 달성하는 것 역시 가능하다. 알루미늄 접착을 달성하기 위하여, DEGALAN(등록상표) PM 555를 예컨대 VINYLITE (등록상표) VMCH와 같은 PVC 공중합체와 함께 애벌칠하여야 하지만, 적절히 조합하면 이를 단일-코트 시스템으로서 사용할 수도 있다. VINYLITE (등록상표) VMCH는 산 함유 PVC 공중합체이다 (판매: 유니온 카바이드 (Union Carbide)).
마침내, DEGALAN(등록상표) 4150-E (제조자: 룀 게엠베하 & 코. 카게)가 알루미늄 포일과 플라스틱 필름을 열 밀봉하는 공지된 조성물을 개선하기 위하여 개발되었으며, 그로 인해 부틸 아세티에트 및 메틸 에틸 케톤을 포함하는, 지금까지의 통상의 용매-기제 바인더 시스템 대신에 HAP (유해 공기 오염물질) 목록에 기록되지 않은 용매 시스템을 사용하는 것이 가능하게 되었다.
식료품 포장에 있어서, 나무 또는 무기물질, 예컨대 금속, 유리 및 세라믹으로 만든 그릇과 용기는 현재 많은 경우에서 플라스틱 제품으로 대체되어 왔다. 그릇 또는 용기가 식료품을 넣고 보관하는 데 사용되는 경우에, 특히 상기 필요성이 존재한다. 식료품 보관에 있어서 그것이 탈수, 냉동 또는 멸균이건, 결정적인 측면은 미생물 성장을 완전히 막는 것이다. 많은 경우 이는 용기가 기밀(gastight) 밀봉되어야 함을 의미한다. 또한, 플라스틱 용기의 경우, 기계적 안정성, 물 함량의 조절, 및 공기 및 빛의 효과가 고려되어야 한다 (문헌 [Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 25th Ed. Vol. All, 523-560; 583-618 VCH 1988] 참조; 이 문헌은 또한 적용 가능한 표준을 다루고 있다).
식료품 기술에 있어, 특히 요구르트 컵과 같은 유제품의 경우, 플라스틱 그릇의 봉합은 일반적으로 밀봉 래커로 코팅된 알루미늄 뚜껑에 의해 수행된다.
이러한 종류의 알루미늄 뚜껑은 많은 경우 3층 적층물로 구성되는데, 여기서 외부층은 종종 (2축 배향) 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (O-PET), 2축 배향 폴리프로필렌 (OPP), 또는 폴리아미드 (O-PA), 또는 셀룰로오스로 구성된다. 대조적으로, 열 밀봉성 내부층은 통상 폴리에틸렌, 에틸렌 공중합체, 또는 폴리프로필렌으로 구성된다 (문헌 [US-A 4 753 708]; [G. Stehle, Neue Verpackung 9/91, pp. 94-101]). 그러나, 알루미늄을 예컨대 식료품 포장 용도로 사용하는 것에 대하여, 경제적 및 환경적 이유, 특히 알루미늄 제조에 수반하는 높은 수준의 에너지가 점점 더 논란이 되고 있다.
그 결과, 알루미늄 역시 밀봉성 래커를 제공하는 플라스틱 필름의 사용으로 대체되고 있다. 밀봉 래커는 사용하는 플라스틱에 도포된다. 밀봉성 필름으로는 비교적 값싸면서도 양호한 기계적 강도 및 양호한 차단성을 갖는 물질로, 대부분 미가소된 PVC를 사용하고 있으며, 밀봉 래커층은 통상 아크릴성 수지이며, 그의 접 착 강도와 용융점은 첨가제에 의해 유리하게 개질될 수 있다. PET 필름에 대한 중요성이 점차 증가하고 있다. PET 필름은 일반적으로 폴리비닐 아세테이트 또는 폴리에틸렌/폴리비닐 아세테이트, 또는 폴리에스테르 래커를 사용하여 밀봉된다. 그러나, 이 시스템은 PET 기제 물질의 밀봉에 특정적으로 개발되어 왔으며, 복합체 필름 상의 알루미늄 포일 또는 알루미늄 코팅의 밀봉에는 단지 제한적인 적합성만을 보였다. 현재까지, 적절히 배합되는 경우, 알루미늄 포일과 PET 필름 또는 필름/포일 코팅 모두를 밀봉하는 데 적합한 열 밀봉 바인더는 개시된 적이 없었다.
DE-A 35 31 036은 공압출에 의해 제조될 수 있으며 고충격 폴리스티렌, 블럭 공중합체 및 윤활제를 갖는 밀봉성 층으로 구성되는 플라스틱 필름을 기재한다.
그러나, EP-A 0 406 681은 알루미늄 포일보다는 열 밀봉성 플라스틱 필름의 사용에 관한 문제를 정확하게 지적한다. 일반적인 규칙으로서, 식별 가능하고 제한적인 징후는 실질적으로 감소되는 가공 허용 범위이다. 그 결과로서의 가공 범위는 10 내지 20 C로 현저하게 매우 좁으며, 밀봉된 팩이 분열되지 않도록 제조되고 흠 없이 사용되도록 보장하기 위하여는 양호한 정도의 일관성을 갖도록 해야 한다. 컵을 동시에 충진시킬 목적의, 다수의 공동을 갖는 충진 장치의 경우, 이러한 조건은 항상 충족되지는 않는다. EP-A 0 406 681이 스스로 설정한 목적은 DE-A 35 31 036에 따른 공압출 방법에 의해 제조 가능한 폴리스티렌 기제 필름을, 다른 것들과 함께, 가공 허용 범위 및 가공 신뢰도를 증가시키는 방향으로 개선하는 것이었다. 또한, 그 의도는 다수의 충진 공동을 특징으로 하는 충진 장치에서조차도 흠 없는 제조를 보장하는 것이었다. 이는 실제로, 플라스틱 필름의 품질에 필요한 상응하는 요건들과 함께, 비교적 높은 밀봉 온도를 사용하는 것으로 귀결된다. EP-A 0 406 681에 따르면, 이러한 요건들은 공압출 공정, 또는 적층에 의해 제조되며, A와 C의 2개 층과, 임의로 층 B와, 또한 임의로, 층 A, 임의로 B 및 C의 각 짝을 결합시키는 접착 촉진제 D의 각 층을 포함하고, 열 밀봉성 고충격 폴리스티렌 A의 층 1% 내지 50%, 기재층 B 최대 95%, 및 고용융성 플라스틱층 C 1 내지 99%로 구성되며, A, 및 임의로 B 및 C의 총 두께 또는 중량이 각 경우 100인 밀봉용 플라스틱 필름에 의해 충족되었다.
DE 101 50 898 (룀 (Rohm))은 올레핀 중합체 또는 올레핀 공중합체 A, 메타크릴레이트 공중합체 B 및 상기 성분들과 용매 또는 용매 혼합물을 포함하는 그래프트 중합체 AX를 포함하는 열 밀봉 시스템에 관한 것이다. 이 열 밀봉 시스템은 고온 안정성 및 짧은 밀봉 시간에서 주목할 만하다.
WO 2005/037548 (쇼와 덴코 플라스틱 프로덕츠 주식회사 (Showa Denko Plastic Products Co., Ltd.))은 포장용으로 열기 간편한 봉합을 기재한다.
밀봉 필름은 밀봉층 및 프라이머(primer)의 두 겹으로 구성된다.
밀봉층은 A) 에틸렌 및 알킬 (메트)아크릴레이트 또는 비닐 에스테르의 공중합체, 및 B) 폴리에스테르 수지로 구성된다.
프라이머는 밀봉층의 성분 A와 폴리올레핀 (C)로 구성된다.
이 시스템의 단점은 애벌칠(priming)을 할 필요가 있다는 것과, 밀봉층의 성질에 아무런 기여도 할 수 없는 비교적 고가의 알킬 (메트)아크릴레이트가 프라이머에 사용된다는 점에 있다.
또한, 폴리에스테르 수지 (B)는 매우 높은 융점을 가지는데, 이는 물론 층 제조를 복잡하게 한다.
추가의 단점은 코팅의 양호한 성질을 유기 물질의 이중 도포에 의해 얻게 된다는 것이다.
<발명의 목적>
본 발명의 목적은 폴리에스테르 제형의, 알루미늄 포일 뿐 아니라 PET 필름, 및 알루미늄 코팅된 필름 뿐 아니라 PET 코팅된 필름으로, 사용 가능한 모든 컵 물질, 예컨대 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 또는 폴리비닐 클로라이드을 봉합하는 데 적합한 열 밀봉 래커 바인더를 개발하는 것이다. 또한, 이 밀봉은 포일/필름 물질 모두에 대해 밀봉 및 차단 성질을 가져야 하며, 이는 알루미늄 포일에 대해 수립된 열 밀봉 시스템 (예를 들면 Degalan (등록상표) PM 555)의 것보다 더 좋거나, 그렇지 않더라도 적어도 그에 상당하는 정도이어야 한다. 게다가, 폴리에스테르가 첨가되지 않는 제형 내에서, 이러한 바인더는 수립된 시스템에 비해 알루미늄 포일에 대한 적어도 균등한 밀봉 성능을 나타내어야 한다.
본 발명의 추가의 목적은 비교적 높은 온도에서도 밀봉 직후에 높은 접착 강도 (높은 열 안정성)을 달성하는 것인데, 이러한 방법으로 필름의 밀봉과 식료품의 포장을 수행하는 데 짧은 주기 시간을 달성하게 된다.
본 발명의 추가의 목적은, 부틸 아세테이트와 메틸 에틸 케톤을 포함하는 지금까지의 통상의 용매-기제의 바인더 시스템을 대신하여 HAP 목록에 기재되어 있지 않은 용매 사용을 사용하는 것이 가능하다는 것에 의해, 알루미늄 포일과 플라스틱 필름용으로 공지된 열 밀봉 조성물을 개선하는 것이다. 본 발명의 추가의 목적은 알루미늄 포일 또는 플라스틱 필름의 열 밀봉에 사용되는 통상의 주기 시간 내에 충분한 봉합 강도를 달성하는 것이다. 결국, 이러한 의도는 용매 시스템을 재조정함으로써 알루미늄 및 (적절한 제형에서) PET 필름에 대한 밀봉 성질의 추가적인 개선을 달성하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 열 밀봉 조성물의 도포 이후 인쇄 공정 중/인쇄 공정에 대하여 안정성을 유지하는 열 밀봉 조성물을 개발하는 것이다. 선행기술에서의 바인더는 짧은 인쇄 시간 후에 인쇄 기계의 운송 롤 상에서의 침착이 일어날 수 있어, 인쇄될 필름의 신뢰성 있는 운송이 더 이상 가능하지 않다. 인쇄 기계를 정지시키고, 부분적으로 분해하여 청소하여야 한다. 이에 필요한 교환 및 세정 시간은 일부 경우 기계의 작동 시간과 전혀 균형이 맞지 않는다. 본 발명의 바인더는 장기간에 걸쳐 문제 없는 인쇄를 가능하게 한다.
<목적의 달성>
본 발명의 목적은 3종 이상의 상이한 중합체 유형 A, B, AB, C 및 D 또는 DA, 용매 또는 용매 시스템 L의 필름 형성 분산액에 의해 달성되며, 여기서
- 중합체 유형 A는 올레핀 공중합체 또는 올레핀 중합체이고,
- 중합체 유형 B는 메타크릴레이트 중합체이고,
- 중합체 유형 AB는 중합체 유형 A와 중합체 유형 B의 그래프트 중합체이고,
- 중합체 유형 C는 폴리에스테르이고,
- 임의로, 1종 이상의 추가 중합체 유형 D 또는 DA는 중합체 유형 A 내지 C와 상이하다.
중합체 유형 A
A에 해당하는, 본 발명에 따른 용도의 올레핀 중합체 및 공중합체는 그 자체로 공지되어 있다. 이것은 주로 탄소수 5 내지 20의 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌 및/또는 다른 α-올레핀으로부터 합성되는 중합체이며, 열 밀봉 조성물에 사용되도록 이미 추천되어 온 종류의 것들이다. 분자량은 일반적으로 10 000 내지 300 000, 바람직하게는 50 000 내지 150 000이다. 사용되는 이 유형의 올레핀 공중합체는 예를 들면 독일 공개 명세서 DE-A 16 44 941, DE-A 17 69 834, DE-A 19 39 037, DE-A 19 63 039 및 DE-A 20 59 981에 기재되어 있다.
올레핀 중합체로서, 예를 들면 Buna (등록상표) 6170 (제조자: 란세스 아게(Lanxess AG))를 사용할 수 있다.
에틸렌-프로필렌 공중합체를 사용하는 것이 특히 적합하며, 이와 마찬가지로 예컨대 에틸리덴-노르보르넨 (문헌 [Macromolecular Reviews, Vol. 10, 1975)]과 같은 공지된 3원 성분이 첨가된 3원 공중합체로도 가능하나, 이들의 노화 공정 중 가교 경향에 관한 문제를 고려하여야 한다. 분포는 대체로 무작위일 수 있으나, 에틸렌 블럭을 함유하는 정렬된 중합체를 사용하는 것도 가능하며 유리하기도 하다. 여기서 에틸렌-프로필렌 단량체 비는 일정 제한 내에서 다양하며, 에틸렌은 약 95%, 프로필렌은 약 95%를 상한으로 설정될 수 있다.
본 발명의 혼합물에 사용되는 중합체 유형 A의 양은 15 내지 65 중량%, 바람직하게는 20 내지 60 중량%, 매우 특히 바람직하게는 25 내지 55 중량%이다.
중합체 유형 B
정의된 바와 같이, 중합체 유형 B는 폴리아크릴레이트 및/또는 폴리메타크릴레이트 배열로 구성된다. 그 자체로는, 예컨대 해당하는 단일중합체 또는 공중합체의 형태로는, 용매 시스템 L에 가용성이다. 중합체 B는 일반적으로 화학식 I의 단량체를 50 중량% 초과, 바람직하게는 80 내지 100 중량% 이상의 정도로 하여 합성된다.
(상기 식에서, R1은 수소 또는 메틸이고, R2는 탄소수 1 내지 30, 바람직하게는 탄소수 1 내지 20의 알킬 라디칼, 지방족 또는 방향족 라디칼임)
중합체 B에서, 이하의 것이 추가로 존재할 수 있다.
화학식 II의 단량체
(상기 식에서, R'1은 수소 또는 메틸, 및/또는 중합 가능한 산 무수물임)
및/또는 화학식 III의 단량체
(상기 식에서, R''1은 수소 또는 메틸이고, Z는 임의로 알킬-치환된 페닐 라디칼, -COR3 라디칼, 의 라디칼, -OR4의 라디칼 또는 염소 원자이고, R3 및 R4는 각각 임의로 탄소수 1 내지 20의 분지 알킬 라디칼, 또는 페닐 라디칼이고, n은 0 또는 1임)
및/또는 화학식 IV의 단량체.
(상기 식에서, R5 및 R6은 수소 또는 -COOR'7 라디칼이고, 여기서 R6은 수소 또는 -CH2COOR''7 라디칼이며 (단, 화학식 IV의 화합물은 2개의 카르복실-함유 기를 함유하고 있어야 함), R7, R'7, R''7은 각각 수소 또는 임의로 탄소수 1 내지 20의 분지 알킬 라디칼, 또는 페닐임)
중합체 B는 임의로 화학식 V의 단량체를 일부 추가로 포함할 수 있다.
상기 식에서, R'''1은 R1의 정의를 가지며, Bs는 예컨대 -CN과 같은 질소-함유 관능기 라디칼, -CONR9R10 기이며, 여기서 R9 및 R10은 서로 독립적으로 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬 라디칼이거나, R9 및 R10은 질소 도입에 의해 5- 내지 6-원 헤테로고리를 형성하거나, 또는 Bs는 (불활성) 헤테로고리 라디칼, 특히 피리딘, 피롤리딘, 이미다졸, 카르바졸 또는 락탐 라디칼 또는 그들의 알킬화된 유도체이거나, 또는 Bs는 -CH2OH의 정의를 갖거나, 또는 Bs는
의 정의를 가지며, 여기서 Q는 임의로 알킬-치환된 탄소수 2 내지 8의 알킬렌 라디칼이고, R11은 -OH, -OR'''7, 또는 -NR'9R'10이며, 여기서 R'''7, R'9 및 R'10은 R7, R8 및 R9와 동일한 정의를 가지는데, 예컨대 이들은 질소 원자와 함께, 임의로는 추가의 헤테로원자를 도입하여 5- 내지 6-원 헤테로고리를 형성한다.
화학식 I의 단량체의 예로는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프 로필 메타크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트 및 이소부틸 메타크릴레이트를 들 수 있다. 화학식 I의 단량체는 또한 표준 (메트)아크릴레이트로 지칭되기도 한다.
화학식 II의 단량체의 예로는 아크릴산 또는 메타크릴산을 들 수 있다.
화학식 III 및 IV의 단량체의 예로는 특히 스티렌, α-메틸스티렌, 비닐 클로라이드, 비닐 아세테이트, 비닐 스테아레이트, 비닐 메틸 케톤, 비닐 이소부틸 에테르, 알릴 아세테이트, 알릴 클로라이드, 알릴 이소부틸 에테르, 알릴 메틸 케톤, 디부틸 말레에이트, 디라우릴 말레에이트 및 디부틸 이타코네이트를 들 수 있다. 중합체 B의 비율로서의 화학식 II 내지 V의 단량체의 분율은 (중합체 B의 단량체 대비) 0 내지 50 중량%, 바람직하게는 0 내지 20 중량%이다. 중합체 B의 비율로서의 화학식 II 및/또는 V의 단량체의 분율은 일반적으로 20 중량%를 넘지 않으며, 일반적으로 0 내지 10 중량%, 바람직하게는 0 내지 5 중량%이다.
구체적으로, 중합체 B의 분율 및 조성에 관하여는 원하는 기술적 기능에 따라 유리하게 선택할 수 있다. 화학식 II 및 V의 극성 단량체의 분율은 일반적으로 20 중량%를 넘지 않으며, 바람직하게는 (중합체 B의 단량체 대비) 0 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 0 내지 5 중량%이다. 화학식 V의 단량체는 C- 및 N-비닐피리딘 및 비닐피롤리딘, 비닐피롤리돈, 비닐카르바졸, 비닐이미다졸 및 그들의 알킬 유도체, 특히 N-비닐 화합물이며, 또한 아크릴 및/또는 메타크릴산의 히드록시 및 디알킬아미노알킬 에스테르, 특히 디메틸아미노에틸 (메트)아크릴레이트, 디메틸아미노프로필 (메트)아크릴레이트 및 히드록시에틸 (메트)아크릴레이트를 들 수 있다.
본 발명의 혼합물에 중합체 유형 B가 사용되는 양은 15 내지 65 중량%, 바람직하게는 20 내지 60 중량%, 매우 특히 바람직하게는 25 내지 55 중량%이다.
열 밀봉 시스템에는 추가로, B에 의해 그래프트되는 폴리올레핀을 의미하는 중합체 AB가 있다.
중합체 유형
AB
그래프트 중합체 AB의 제조
그래프트 중합체 AB는 일반적으로 적절한 유액화제의 도움으로 성분 A의 분산액을 제조하고, 본 목적에 적합한 반응 조건 하에서 이 성분 A 상에 성분 B를 그래프트하여 제조된다. 유액화제는 시스템 AB의 유액화제와 유사한 구조를 가질 수 있다. 유형 AB의 적합한 유액화제의 제조 방법은 그 자체로 공지되어 있다. 예를 들면, 전달 그래프팅(transfer grafting)법에 따라 진행할 수 있다 (문헌 ([Houben-Weyl, Methoden der Org. Chemie, Vol. 1411, p.114], [H.A.J.Battaerd, G.W.Tregear, Polymer Reviews, Vol. 16, Interscience (1967)] 참조).
이것은 중합 조건 하에서 불활성이며, 일반적으로는 공정 온도를 넘는 비점을 갖는 적합한 용매 중 10 내지 50%, 바람직하게는 20 내지 30% 의 중량 강도 (strength by weight)의 OCP 용액에 의해 수행된다. 적합한 용매의 예로는 부틸 아세테이트, 지방족, 시클로지방족 및 방향족 탄화수소를 들 수 있다. 이들 OCP 용액은 화학식 I의 단량체, 및/또는 적절하다면 명시한 비율의 다른 단량체 II 내지 III와 혼합되고, 중합은 1종 이상, 바람직하게는 퍼옥시드성, 자유 라디칼 개시제와 함께 60℃ 내지 50℃의 온도에서 통상 4 내지 8시간에 걸쳐 수행된다. 목표 는 최대의 전환율이다. tert-부틸 퍼옥토에이트와 같은 퍼에스테르를 사용하는 것이 바람직하다. 개시제 농도는 원하는 그래프팅 위치의 수와 원하는 분절 B의 분자량에 의해 결정된다. 일반적으로는 개시제 농도는 중합체 대비 0.2 내지 3 중량%이다.
임의로, 원하는 분절 B의 분자량을 설정하기 위해 조절제를 사용할 수 있다. 적합한 조절제의 예로는 황 조절제, 특히 머캅토 함유 조절제, 예컨대 도데실 머캅탄을 들 수 있다. 조절제 농도는 일반적으로 총 중합체 대비 0.1 내지 1.0 중량%이다. 그래프트 중합체 AB를 제조하는 또 다른 방법은 첫 단계로서 OCP의 히드로퍼옥시화를 수행하는 것이다. 이런 식으로 형성된, 사슬에 위치한 히드로퍼옥시드기는 후속 단계에서 비닐 단량체의 그래프트 중합을 개시할 수 있다 (상기 인용한 문헌 [H.A.J.Battaerd, G.W.Tregear, Polymer Reviews] 참조).
적합한 블럭 중합체를 제조하는 한 방법은, 예를 들면 음이온성 중합에 존재한다. 이 경우, 한 가능한 절차는, 예를 들면 이소프렌 및/또는 부타디엔을 적합한 음이온성 개시제 (예를 들면 유기금속 화합물)과 함께 중합하고, "살아 있는" 음이온성 사슬 말단을 예를 들면 알킬 메타크릴레이트 및/또는 스티렌과 함께 반응시키는 것이다. 이렇게 제조된 중합체는 후속적으로, 존재하는 관능기가 공격받지 않는 조건 하에서 수소화된다. 제조의 자세한 내용은 관련 문헌, 예컨대 문헌 ([Houben-Weyl, Methoden der Org. Chemie, Vol. 14/1, p. fff], [Block Copolymers, 5 D.C.Allport, W.H. Janes, Appl. Sci. Publishers Ltd., London, 1973], [Graft Copolymers, H.A.J.Battaerd, G.W.Tregear, Polymer Reviews Vol. 16 (1967)], [Block and Graft Polymers, W.J.Burlant, A.S.Hoffmann, Reinhold Publishers Corp., New York, 1960])에서 찾을 수 있다.
본 발명의 혼합물에 중합체 유형 AB가 사용되는 양은 15 내지 70 중량%, 바람직하게는 20 내지 65 중량%, 매우 특히 바람직하게는 25 내지 55 중량%이다.
중합체 유형 C
본 발명에 따라 사용되는 중합체 유형 C는 상표명 DYNAPOL(등록상표, 데구사 아게(Degussa AG))로 시판되는 코폴리에스테르이다. 또한, 저분자량의 폴리에스테르 유형 및 선형 또는 분지형 알킬기를 갖는 폴리에스테르를 사용하는 것도 가능하며, 폴리에스테르는 히드록실-함유 알킬기로 치환될 수도 있다. 중합체 유형 C로는, 매우 고분자량이며 포화, 선형, 고탄성화 코폴리에스테르인 DYNAPOL(등록상표) LS 415를 사용하는 것이 바람직하다.
DYNAPOL(등록상표) LS 415의 경우, 중합체 유형 C의 성질은 다음과 같다.
점도수는 폴리에스테르 0.5g 및 페놀/o-디클로로벤젠의 혼합물 100 g (50/50 w/w) 용액에서 측정하였다.
DYNAPOL(등록상표) H 826-05/A의 경우, 중합체 유형 C의 성질은 다음과 같 다.
이것은 중간 정도의 분자량을 지닌 포화, 선형, 히드록실-함유 폴리에스테르 수지이다. 이것은 80 중량%의 나프타 150과 20 중량%의 나프타 200의 용매 혼합물 중에서 55 중량%의 함량으로 시판되고 있다.
DYNAPOL(등록상표) L 208의 경우, 중합체 유형 C의 성질은 다음과 같다.
점도수는 폴리에스테르 0.5g 및 페놀/o-디클로로벤젠의 혼합물 100 g (50/50 w/w) 용액에서 측정하였다. 이것은 고분자량의 포화, 선형 폴리에스테르이다.
DYNAPOL(등록상표) H 820-20의 경우, 중합체 유형 C의 성질은 다음과 같다.
이것은 중간 정도의 분자량을 지닌 포화, 선형, 히드록실-함유 폴리에스테르 수지이다. 이것은 나프타 200 용액으로 시판되고 있다 (40 중량%).
본 발명의 혼합물에 중합체 유형 C가 사용되는 양은 5 내지 50 중량%, 바람직하게는 5 내지 30 중량%, 매우 특히 바람직하게는 10 내지 25 중량%이며, 중량 수치는 가능한 용매 분율을 제외한 중합체에 대한 것이다.
중합체 유형 D 및
D
A
알루미늄 접착성을 개선시키기 위하여, 폴리머 유형 D를 수반한 제형을 선택할 수 있는데, 필름을 애벌칠하거나, 또는 0 내지 10 중량%, 바람직하게는 0 내지 5 중량%의 폴리비닐 클로라이드를 래커 제형에 첨가하면 Al 접착성에 대한 개선을 관찰할 수 있다. 예를 들면, VINYLITE (등록상표) VMCH (유니온 카바이드에서 시판)를 사용할 수 있다.
중합체 유형 DA는 가공 중에 발생할 수 있는 마찰을 감소시키기 위해 임의로 첨가될 수 있다. 예를 들면, VESTOSINT (등록상표) 2159 (데구사 아게) 유형의 폴리아미드를 사용할 수 있다. 이것은 0 내지 10 중량%, 바람직하게는 0 내지 5 중량%의 분율로 제형에 첨가될 수 있다.
예비 실험으로부터, n-부틸 아세테이트 및 에틸 메틸 케톤 (예를 들면 Degalan (등록상표) PM 555와 유사한)을 포함하는 용매 시스템 중의 성분 A, B, AB 및 임의로 D 및/또는 DA를 포함하며, 제형 중 중합체 성분 C를 갖는, 상기 기술한 바인더 시스템을 이용한 PET 접착제는, 성분 C의 농도에 관계 없이 불만족스런 밀봉 강도만을 나타낸다는 것이 알려져 있다. 이와는 대조적으로, 이하에 기술하는 본 발명의 조성물로 용매 시스템을 변경하면 중합체 성분 C를 갖는 적절한 제형에서 매우 양호한 열 밀봉 성질을 나타내게 된다.
용매 또는 용매 시스템 L
중합체 유형 A 및 B, 그래프트 중합체 AB, 중합체 유형 C 및 임의로 중합체 유형 D 또는 DA와 더불어, 본 발명의 열 밀봉 시스템에는 용매 시스템도 존재한다.
용매 시스템 L에 사용되는 용매는 플라스틱 및 금속의 코팅 기술에서의 필요 조건을 만족하도록 선택되어야 한다. (적절하다면 혼합물 중에) 사용되는 용매는 불활성이며, 대체로 흠이 없고 비점이 가능한 한 760 torr에서 105℃를 넘지 않아야 한다. 본 발명의 용매의 비점은 70℃ 내지 105℃ 또는 85℃ 내지 100℃일 수 있다.
적합한 용매는 지방족 카르복실산과 지방족 알콜의 에스테르, 및 지방족 탄화수소의 혼합물이다. L1.) 지방족 카르복실산과 지방족 알콜의 에스테르 대 L2.) 지방족 탄화수소의 중량비는 1 내지 200 : 1일 수 있다. 에스테르와 지방족 탄화수소 사이의 부피비는 1 : 1 내지 200 : 1일 수 있다.
적합한 지방족 카르복실산은 아세트산, 프로피논산(Propynoic acid) 또는 부티르산이다.
적합한 지방족 알콜은 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, 2-부탄올, 2-메틸-1-프로판올 또는 2-메틸-2-프로판올이다.
적합한 지방족 탄화수소는 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 이소옥탄, 노난, 데칸, 운데칸 또는 도데칸이다.
지방족 탄화수소는 그들의 이성질체 혼합물 또는 서로의 혼합물 형태로 존재할 수도 있다. 치환된 시클로알칸을 비롯한 시클로알칸 역시 사용될 수 있다.
L을 선택하는 경우, 중합체 성분 A와 B 사이의 상용성에 주목하여야 한다. A와 B 사이에 상용성이 없는 경우, L은 양 성분에 모두 양호한 용매를 의미할 수 있으며, 그 경우 비상용성의 결과로 현탁액이 형성될 수도 있다.
A와 B 사이에 상용성이 있는 경우, L은 특정 온도에서 A보다 B에 더 좋은 용매 시스템을 나타내도록 선택되어야 하며, 그에 따라 상이한 용해 성질을 바탕으로 현탁액이 형성된다. 본 발명에 따르면, 선택된 용매 L은 바람직하게는 올레핀 공중합체가 온도 범위 40℃ 내지 150℃에서 5 내지 300 중량% ("팽윤도")로 팽윤될 수 있도록 하는 용매이다.
팽윤도는 다음과 같이 정의된다. 1 mm 두께, 2 cm 길이, 0.5 cm 폭과, 중량을 알고 있는 OCP 필름을 특정 온도 (실험예에서는 90℃)에서 용매 중에 침지시키고, 등온 조건에서 24시간 보관한 뒤, 이 용액으로부터 핀셋으로 제거하고, 종이 필터에 의해 달라붙은 팽윤제를 제거한 뒤, 즉시 칭량하였다. 팽윤에 의한 측정은 최초 중량에 비해 증가한 중량의 퍼센트이다. 팽윤 측정은 농축된 OCP 분산액이 생성된 온도에서 수행되어야 한다. 본 발명에 따르면, 이 온도에서의 팽윤은 5 내지 300 중량%가 되어야 한다. 이 기준에의 적용을 위한 예비 조건은 OCP의 최대 팽윤이 상기 명시한 조건에서 달성되는 것이다.
상기 기술한 용매의 혼합물 또한 담체 시스템에 적합하다. 용매의 혼합물은 프로필 아세테이트 (40 내지 70 부피%), 에틸 아세테이트 (24 내지 45 부피%) 및 이소옥탄 (5 내지 15 부피%)의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 농축된 중합체 분산액의 일부로서의 용매 시스템 L의 분율은 예를 들면 80 중량% 내지 특히 바람직한 경우 최소 20 중량%, 바람직하게는 70 중량% 미만, 실제로는 통상 55 내지 40 중량%일 수 있다. 본 발명의 중합체 유형 A, B, AB, 및 C의 전체 질량 대 용매의 질량비는 5:1 내지 1:5일 수 있다.
열 밀봉 시스템의 제조
중합체 유형 A 내지 D를 갖는 제형
대용법 A:
적절한 유액화제를 사용하여, 상기 밝힌 바와 같이 용매 시스템 L 중의 현탁액, 또는 적합한 중합체 상용성이 들어맞는 경우 성분 A 및 C의 균일 용액이 제조되며, 적절한 반응 조건 하에서 성분 B가 성분 A 상으로 그래프트된다. A 및 B의 비율은 일반적으로 중량비로 대략 1:5 내지 대략 5:1이다. A 대 C의 중량비는 일반적으로 대략 1:2 내지 대략 10:1, 바람직하게는 대략 1:1 내지 대략 5:1이다.
대용법 B:
적절한 유액화제를 사용하여, 상기 밝힌 바와 같이 용매 시스템 L 중의 현탁액, 또는 적합한 중합체 상용성이 들어맞는 경우 성분 A의 균일 용액이 제조되며, 적절한 반응 조건 하에서 성분 B가 성분 A 상으로 그래프트된다. A 및 B의 비율은 일반적으로 중량비로 대략 1:5 내지 대략 5:1이다. 이렇게 제조된 분산액은 그 뒤 중합체 성분 C와 혼합된다. A 대 C의 중량비는 일반적으로 대략 1:2 내지 대략 10:1, 바람직하게는 대략 1:1 내지 대략 5:1이다.
총 분산액 기준 총 중합체의 양은 제조 방법에 관계 없이 10 중량% 이상이며, 실제로는 40 내지 80 중량%, 통상 45 내지 60 중량%가 되는 것이 목표이다.
본 발명의 방법은 가공 공정에 대해 충분한 안정성을 갖는, 분산액 중 열 밀봉성 코팅 조성물을 제조하는 것이다. 분산액의 안정성은 적어도 며칠, 통상 몇 주 내지 몇 개월에 이른다.
본 발명의 열 밀봉 시스템은 양호한 접착 강도 및 열 안정성이 두드러진다. 이 시스템은 밀봉 포장, 특히 식료품 포장에 사용될 수 있다.
사용되는 필름/포일 물질
두께 40 ㎛의 부드러운 알루미늄 포일
JE 6100 펠릿 (쉘)로부터 압출된 두께 0.2 mm의 폴리프로필렌 필름
폴리에스테르 필름: Hostaphan (등록상표) WDW 50
열 밀봉 용액 제조 방식
가공 전에, DEGALAN (등록상표) PM 555 또는 4150 E는 충분히 휘저어 놓아야 하는데, 이는 오래 보관하면 상분리가 일어날 가능성이 있기 때문이다.
열 밀봉 바인더는 공급된 형태 (제조자: 롬 게엠베하 & 코. 카게) 중에 대략 45 중량%의 고체 함량을 가지며, 추가 가공을 위해 대략 30 중량%의 메틸 에틸 케톤(MEK)으로 희석하였다. 알루미늄 포일 상에 접착을 촉진하기 위하여, PVC 공중합체가 적절한 것으로 증명되었다. 이것은 프라이머로 도포하거나, 열 밀봉 바인더와 혼합하여 사용하기도 한다. 우리의 조사에서는 Vinylite (등록상표) VMCH와 95/5로 혼합이 일어났다. 폴리에스테르 필름의 코팅을 위해, DEGALAN (등록상표)를 DYNAPOL (등록상표)과 90/10 및 80/20으로 혼합하였다.
열 밀봉 용액의
실험실내
사용
Vinylite (등록상표) VMCH의 에틸 아세테이트 용액에 프라이머를 10 중량%로 하여, No. 2 K-핸드코터를 사용하여 알루미늄 포일 (10 cm x 20 cm)에 도포하였다. 이는 건조 필름 두께 0.5 ㎛ 내지 1.5 ㎛에 해당한다.
DEGALAN (등록상표) 열 밀봉 용액을 No. 4 K-핸드코터를 사용하여 도포하였다. 건조 필름 두께 7 ㎛ 내지 9 ㎛을 얻었다.
코팅된 필름/포일의
실험실내
건조
애벌칠된 필름/포일의 액체를 잠시 (5 내지 10분) 증발시키고, 열풍 순환식 오븐 내에서 180℃로 15초 동안 건조하였다.
열 밀봉 및 봉합 솔기 강도의 측정
밀봉 공정은 브루거(Brugger) 사의 열 밀봉기 (HSG/ET)를 사용하여 수행하였 다.
밀봉 조건:
온도: 200℃
압력: 6 바(bar)
시간: 1초
밀봉 영역: 10 x 10 mm
봉합 솔기 강도는 시료를 15 mm 폭의 조각으로 자르고, 이것을 인스트론(Instron), 모델 번호 1195, 또는 즈윅(Zwick), 모델 번호 1454의 인장 강도 시험기를 사용하여, 100 mm/분의 속도에서의 장력을 가하여 측정하였다. 박리 시험 중, 포일/필름의 이미 서로 분리된 부분이 아직 힘을 받지 않은 나머지 부분과 90℃의 각도를 형성하는지 확인하는 데 주의를 기울였다.
PP 컵을 BHS사의 VL-1600 실험실 컵 밀봉기를 이용하여 밀봉하였다.
실험 결과
용매 시스템의 비교
열 밀봉 성질
명명 |
용매 L |
HSF (N/15 mm) | |
Al/PP | PET/PP | ||
실시예 1 | 프로필 아세테이트 - 이소옥탄 - 에틸 아세테이트 | 12 | 7.8 |
실시예 2 | 상동 | 7.0 | |
비교예 1 | 부틸 아세테이트 - 메틸 에틸 케톤 | 대략 10 | 1.1 |
비교예 2 | 상동 | 3.2 |
실시예 1 및 2의 중합체의 조성: EPDM/PMMA/PMBA/폴리에스테르 42.9/18.55/18.55/20 중량% |
용매 L의 조성: 프로필 아세테이트 54 중량% 이소옥탄 9.5 중량% 에틸 아세테이트 36.5 중량% |
비교예 1 및 2의 중합체의 조성: EPDM/PMMA/PMBA/폴리에스테르 44/18/18/20 중량% |
용매 L의 조성: 부틸 아세테이트 70 중량% 메틸 에틸 케톤: 30 중량% |
실시예 1 및 비교예 1 모두에서, 중합체의 분율은 약 45 중량%이고, 용매의 분율은 약 55 중량%이다.
EPDM= 부나(Buna) EP 6170
PMMA= 폴리메틸 메타크릴레이트
PBMA= 폴리부틸 메타크릴레이트
폴리에스테르= Dynapol LH 826
Claims (18)
- 3종 이상의 상이한 중합체 유형 A, B, AB, C 및, L1.) 지방족 카르복실산과 지방족 알콜의 에스테르 및 L2.) 지방족 탄화수소를 포함하는 용매의 필름 형성 분산액으로 구성되고, 여기서- 중합체 유형 A는 올레핀 공중합체 또는 올레핀 중합체이고,- 중합체 유형 B는 표준 (메트)아크릴레이트, 및 중합체 유형 B 대비 총 최대 15 중량%의 메타크릴산 및/또는 아크릴산 및/또는 다른 중합 가능한 산을 함유하는 (메트)아크릴레이트 공중합체이고,- 중합체 유형 AB는 중합체 유형 A와 중합체 유형 B의 그래프트 중합체이고,- 중합체 유형 C는 폴리에스테르 또는 폴리에스테르 혼합물이고,중합체 유형 A, B, AB, 및 C의 총 질량 기준으로 중합체 유형 A의 양이 15 내지 65 중량%이고, 중합체 유형 B의 양이 15 내지 65 중량%이고, 중합체 유형 AB의 양이 15 내지 65 중량%이고, 중합체 유형 C의 양이 5 내지 50 중량%이고,중합체 유형 A, B, AB, 및 C의 전체 질량 대 용매의 질량비가 5:1 내지 1:5인 것을 특징으로 하는,상이한 종류의 기판을 밀봉하는 데 적합한 열 밀봉성 코팅.
- 제1항에 있어서, 중합체 유형 A, B, AB, 및 C의 총 질량 기준으로 중합체 유형 A의 양이 20 내지 55 중량%이고, 중합체 유형 B의 양이 20 내지 55 중량%이고, 중합체 유형 AB의 양이 20 내지 55 중량%이고, 중합체 유형 C의 양이 5 내지 30 중량%이고, 각 중합체 유형의 총 양이 100 중량% 이하인 것을 특징으로 하는,상이한 종류의 기판을 밀봉하는 데 적합한 열 밀봉성 코팅.
- 삭제
- 제1항 또는 제2항에 있어서, L1.) 지방족 카르복실산과 지방족 알콜의 에스테르 대 L2.) 지방족 탄화수소의 중량비가 1 내지 200 : 1이고, 표준 조건 하에서의 용매의 비점이 105℃ 이하인, 열 밀봉성 코팅.
- 제4항에 있어서, 용매가 사슬 내의 탄소수가 5 내지 12인 지방족 탄화수소의 혼합물로 구성되며, 사슬이 분지될 수 있는 것을 특징으로 하는, 열 밀봉성 코팅.
- 제4항에 있어서, 용매가 사슬 내의 탄소수가 2 내지 4인 지방족 카르복실산과 사슬 내의 탄소수가 2 내지 4인 지방족 알콜의 에스테르의 혼합물로 구성되며, 사슬이 분지될 수 있는 것을 특징으로 하는, 열 밀봉성 코팅.
- 제4항에 있어서, 용매가 분지될 수 있는 사슬 내의 탄소수가 5 내지 12인 지방족 탄화수소의 혼합물, 및 분지될 수 있는 사슬 내의 탄소수가 2 내지 4인 지방족 카르복실산과 분지될 수 있는 사슬 내의 탄소수가 2 내지 4인 지방족 알콜의 에스테르의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는, 열 밀봉성 코팅.
- 제4항에 있어서, 에스테르와 지방족 탄화수소 사이의 부피비가 1 : 1 내지 200 : 1인 것을 특징으로 하는, 열 밀봉성 코팅.
- 제4항에 있어서, 용매의 비점이 70℃ 내지 105℃인 것을 특징으로 하는, 열 밀봉성 코팅.
- 제4항에 있어서, 용매의 비점이 85℃ 내지 100℃인 것을 특징으로 하는, 열 밀봉성 코팅.
- 제1항 또는 제2항에 따른 열 밀봉성 코팅이 사용되는 것을 특징으로 하는, 열 밀봉성 기판의 밀봉 방법.
- 제11항에 있어서, 알루미늄 포일 또는 폴리에스테르 필름이 상기 코팅으로 코팅되며, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리에스테르 또는 폴리비닐 클로라이드의 플라스틱 군으로부터 선택되는 플라스틱으로 밀봉되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제10항에 있어서, 프로필 아세테이트 (40 내지 70 부피%), 에틸 아세테이트 (24 내지 45 부피%) 및 이소옥탄 (5 내지 15 부피%)의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는, 열 밀봉성 코팅.
- 제1항에 따른 열 밀봉성 코팅으로 밀봉되는 것을 특징으로 하는 포장.
- 제1항에 따른 열 밀봉성 코팅으로 밀봉되는 것을 특징으로 하는 식품 포장.
- 제1항에 있어서, 필름 형성 분산액이 중합체 유형 A, B, AB, C, D, 및 DA의 총 질량 기준으로 0 초과 내지 10 중량%의 폴리비닐 클로라이드인 중합체 유형 D 또는 0 초과 내지 10 중량%의 폴리아미드 12인 중합체 유형 DA 또는 둘 모두를 추가로 포함하는, 상이한 종류의 기판을 밀봉하는 데 적합한 열 밀봉성 코팅.
- 제2항에 있어서, 필름 형성 분산액이 중합체 유형 A, B, AB, C, D, 및 DA의 총 질량 기준으로 0 초과 내지 5 중량%의 폴리비닐 클로라이드인 중합체 유형 D 또는 0 초과 내지 5 중량%의 폴리아미드 12인 중합체 유형 DA 또는 둘 모두를 추가로 포함하는, 상이한 종류의 기판을 밀봉하는 데 적합한 열 밀봉성 코팅.
- 삭제
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