KR20020005431A

KR20020005431A - 종이 제품의 코팅

Info

Publication number: KR20020005431A
Application number: KR1020010038379A
Authority: KR
Inventors: 빌머로버트엘.; 맥케윅즈빅터엘.; 핸체트더글라스
Original assignee: 쉬한 존 엠.; 내쇼날 스타치 앤드 케미칼 인베스트멘트 홀딩 코포레이션
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2002-01-17
Also published as: KR100853551B1; MXPA01006633A; CN1333404A; EP1170418B1; JP5015388B2; CA2351506C; DE60130839D1; ATE375414T1; US6372361B1; CN1214155C; EP1170418A1; DE60130839T2; CA2351506A1; JP2002069889A; ES2291249T3; AU780833B2; AU5416201A

Abstract

본 발명은 적어도 아밀로즈 함량이 약 40 중량%인, 소수성으로 변성된 전분을 포함하는 종이의 코팅물에 관한 것이다. 이 코팅은 오일 및 그리스 내성을 가진 종이 제품에 제공된다.

Description

종이 제품의 코팅 {COATING FOR PAPER PRODUCTS}

본 발명은 종이의 표면 처리 및 종이 제품에 오일 및 그리스 내성 배리어를 부여하는 종이 제품 처리용 조성물에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 코팅, 특히 오일 및 그리스 내성 코팅으로 처리된 종이 제품에 관한 것이다.

종이의 코팅 및 표면 사이징은 종이에 배리어 특성 및 소망하는 유익한 특성을 종이에 제공하기 위해 제지 산업에서 종래로 부터 사용하고 있는 것이다. 코팅 조성물에 의해 종이에 제공되는 특성으로는 공기에 대한 다공성 감소, 내수성, 오일 및 그리스 내성, 높은 표면 강도, 및 용지의 인쇄 품질 및 용이성에 영향을 미치는 특성을 포함한다.

본 발명의 기술분야에서는 종이의 표면을 코팅하기 위해 다양한 원료 및 조성물을 사용하고 있다. 상이한 코팅 조성물의 성분으로 전분 및 폴리비닐 알콜을 사용하였다. 미국 특허 제4,278,583호, 제4,837,087호, 및 제5,292,781호에서는 전분 및 폴리비닐 알콜을 종이 코팅 조성물의 바인더로 사용하는 용도를 기재하고 있다. 폴리비닐 알콜의 용도는 미국 특허 제5,849,128호의 특허 공보에서도 잘 기재되어 있지만, 이의 사용에는 기계 가동성, 점착성, 불량한 레올로지를 포함하는많은 단점을 가진다.

종이에 오일 및 그리스 내성을 부여하기 위해 상업적으로 폭넓게 사용되는 코팅 조성물은 불소화합물(fluorochemicals)을 포함하고 있다. 상기 코팅 조성물은 상당히 효과적이지만, 환경 친화적이지 않고 여러 가지 건강 및 안전상의 문제를 일으킨다.

따라서 환경 및 소비자에게 안전한 오일 및 그리스 내성이 있는 종이, 구체적으로 식품 포장에 사용되는 종이 제품을 제조하는 데 사용하기 위한 코팅 조성물에 대한 요구가 있어왔다.

본 발명은 식품에 허용 등급 성분으로부터 제조되어 환경 친화적이고 소비자에게도 안전한 오일 및 그리스 내성의 종이 코팅 조성물을 제공함으로써 이러한 요구를 충족시키고자 한다.

본 발명은 우수한 배리어 특성을 제공하는 종이 코팅 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 종이 코팅 조성물은 많지 않은 함량의 아밀로즈의 소수성으로 변성된 전분을 포함하는 것으로, 여기서 전분 모재는 약 40 중량% 미만의 아밀로즈 함량을 가지는 천연 전분이고 전분은 6 내지 18개의 탄소 원자를 가진 탄화수소기로 변성된 것이다.

본 발명의 일 특징은 아밀로즈의 함량이 약 40 중량% 미만인, 소수성으로 변성된 전분을 포함하는 오일 및 그리스에 내성인 종이 제품에 관한 것으로, 전분 모재의 유동성이 500 g/in²이상의 겔 강도인 것이다.

본 발명의 종이 제품은 다음의 식으로 표현되는 변성된 전분을 함유하는 코팅을 포함하는 것이 바람직하다:

상기 식에서, St는 아밀로즈 함량이 약 40% 미만인 전분이고, R은 디메틸렌 또는 트리메틸렌이고, R'은 6 내지 18개의 탄소원자를 가지는 탄화수소기이고, Y는 H, 알칼리금속, 알칼리토금속, 또는 암모늄이다.

바람직한 실시예에서, 종이 제품은 식품 용기이다.

본 발명의 다른 특징은

a) 아밀로즈 함량이 약 40 중량% 미만이고, 변성 전 전분의 유동성이 500 g/in²이상의 겔 강도를 가지는 소수성으로 변성된 전분을 포함하는 코팅 조성물을 제공하는 단계;

b) 상기 코팅 조성물을 종이 기질(substrate)에 적용하는 단계; 및

c) 상기 코팅된 기질을 건조하여 수분을 제거하고 코팅된 종이 제품을 제공하는 단계

를 포함하는 우수한 배리어 특성을 가진 코팅된 종이 제품의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명을 실시하는 데 사용하기 위한 바람직한 코팅은 약 2 내지 약 25 중량%의 총 고체 함유량을 가지는 수용액이다.

본 명세서에서 인용된 모든 참고문헌의 기재는 그 전체가 인용되는 것이다.

본 명세서에서 사용되는 "코팅"이라는 용어는 종이에 적용되는 모든 표면 처리를 의미하는 것이다. "배리어" 특성은 공기, 오일, 그리스와 같은 다양한 물질에 대한 종이의 내성의 증가 및 높은 표면 강도를 의미한다. 본 발명의 조성물은 종이 제품에 적용한 경우 오일- 및 그리스-유사 물질에 대해 특히 우수한 배리어를 제공하는 높은 겔 강도의 소수성으로 변성된 전분을 포함하는 종이 표면 처리용 조성물을 제공한다.

본 명세서에서 종이 제품은 본 발명에 따라 코팅된 종이를 적어도 일부 포함하는 제품으로 정의된다. 종이 제품은 완전히 종이이거나 또는 부분적으로 종이로 이루어진 것이다. 본 발명은 단일층 또는 다층의 종이 제품, 예를 들면 종이 적층물, 플라스틱/종이 적층물로 이루어진 종이 제품을 포함한다. 코팅이 한면 또는 양면에 적용될 수도 있고, 적층될 면에 코팅이 될 수도 있을 것이다. 식품 허용 등급 성분(food grade ingredients)으로 코팅이 이루어지기 때문에, 원할 경우 식품을 수용하도록 설정된 종이 제품은 식품과 바로 접촉될 면에 코팅이 될 수도 있을 것이다.

본 발명의 조성물로 처리하고자 하는 종이 제품 또는 본 발명에 따라 처리된 종이로 제조된 종이 제품은 세탁 비누의 박스, 섬유 드라이어 시트 용기, 공업용 랩, 및 식품 용기를 포함하나, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 조성물은 식품에 허용 등급 성분으로 제조되기 때문에, 바람직한 실시예는 식품 용기가 될 것이다. 본 명세서에서 식품 용기는 랩퍼(wrapper), 백, 박스, 컵, 또는 뜨겁거나 차거나 습하거나 건조한 식료품을 포장하거나, 유지하거나 담을 수 있는 기타 종이 제품을 포함하는 것으로 정의된다. 예를 들면 햄버거 랩퍼, 캔디 랩퍼, 피자 및 시리얼 박스, 및 포테이토칩, 땅콩, 및 동물 사료용 박스를 포함하나, 이것으로 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 코팅 조성물은 소수성으로 변성된 많지 않은 함량의 아밀로즈를 함유하는 전분을 포함한다. 전분은 적어도 6개의 탄소 원자, 바람직하게는 6 내지 18개의 탄소 원자, 더욱 바람직하게는 8개 내지 12개의 탄소 원자를 가진 탄화수소기에 의해 소수성으로 변성된다. 소수성으로 변성된 전분은 전분과 유기 무수물 시약을 반응시켜 제조할 수 있고 다음 식으로 표현된다:

상기 식에서, St는 많지 않은 함량의 아밀로즈를 함유하는 전분 모재이고, R은 디메틸렌 또는 트리메틸렌기이고, R'은 6 내지 18개의 탄소를 가진 탄화수소기이고, Y는 H, 알칼리금속, 알칼리토금속, 또는 알루미늄이다. 탄화수소 또는 소수성의 치환기인 R'은 알킬, 알케닐, 아릴, 아르알킬, 또는 알르알케닐이고, 알킬, 또는 알케닐이 바람직하고, 알케닐이 가장 바람직하다.

바람직한 유기 무수물은 옥테닐 숙신산 무수물, 도데케닐 숙신산 무수물, 및헥사데세닐 숙신산 무수물을 포함한다. 옥테닐 숙신산 무수물(OSA)-변성된 전분, 예를 들면 OSA-변성된 타피오카가 바람직한 실시예로, 본 명세서에서 예시되었지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.

전분에 결합된 유도체기, 즉,

의 함량은 건조 전분 중량을 기준으로 약 1 내지 10 중량%가 될 것이고, 바람직하게는 약 2 내지 3 중량%가 바람직하다.

전분이 주로 직선형의 분자 배열을 가진 것과 매우 분지화된 것의 2가지 분획으로 이루어졌다는 것은 잘 알려져 있다. 전분 중 직선형 분획은 아밀로즈로 알려졌고, 분지화된 분획은 아밀로펙틴으로 알려져 있다. 감자, 옥수수, 타피오카, 사고, 쌀 등과 같은 서로 다른 공급원에서 유래한 전분은 아밀로즈와 아밀로펙틴 성분의 상대적인 비율이 다른 것으로 특징을 가진다. 일부 식물종은 유전 공학에 의해 가공되거나 고전적인 하이브리드 교배에 의해 변성되고, 하나의 분획이 다른 것에 대해 크게 우세하다는 특징을 가진다.

본 발명에서 출발 모재로 사용된 전분 물질은 많지 않은 함량의 아밀로즈를 가진 전분, 즉 약 40 중량% 미만의 아밀로즈를 함유한 전분이 될 것이다. "모재" 전분이라는 용어는 원료 전분 또는 천연 전분, 즉 식물 공급원에서 유래한 전분을 의미한다. 상기 모재 전분은 천연 전분뿐 아니라 유전자 변형된 전분 및 하이브리드 전분을 포함한다. 본 발명을 실시하는 데 사용될 수 있는 적합한 전분은 약40% 미만의 아밀로즈 함량을 가진 모든 전분, 특히 약 15% 내지 약 30%의 아밀로즈 함량을 가진 전분이 바람직하다. 또한, 모재 전분은 적어도 500 g/in²(겔을 파괴하는 데 필요한 중량)의 피크 겔 강도(최대 겔 강도를 보이는 물 유동성)를 가져야만 한다.

본 발명을 실시하는 데 사용되는 전분은 감자, 타피오카, 또는 사고와 같은 높은 겔 강도의 전분을 생산하거나 또는 생산하는 데 사용될 수 있는 임의의 식물종에서 유도된 것을 포함한다. 일단 높은 겔 강도의 전분을 변성하면, 겔을 형성하는 능력이 소실되지만, 코팅은 여전히 종이의 표면에 체류할 수 있는 네트워크를 형성할 수 있고, 필름 특성을 개선할 수 있다.

본 발명에 따라 사용되는 전분은 본 발명에 공지된 임의의 수단에 의해 분해될 수 있다. 특히 적합한 전분은 전환 산물로, 산화성 가수분해, 산성 가수분해, 효소 전환, 열 및/또는 산 덱스트린화 또는 이들의 조합에 의해 제조된 유동성 또는 저점도(thin-boiling) 전분을 포함한다. 특히, 적합한 전환 산물은 산화 또는 산 전환에 의해 제조되는 것이다.

상업적 실무에서, 전분은 산 또는 효소 전환법에 의해 대개 전환된다. 일단 과립상 전분의 분해를 위한 발달된 방법은 과산화수소 및 과망간산칼륨과 같은 망간염 촉매를 알칼리 슬러리에서 채용하는 방법을 포함한다.

산 처리에 의해 전환된 전분의 제조에서, 전분의 젤라틴화점 이하의 온도에서 황산 또는 염산과 같은 산의 존재 하에서 과립상 전분 모재를 필요한 점도까지가수분해시킨다. 전분을 물에서 슬러리화시킨 후, 통상 농축된 형태의 산을 첨가한다. 통상, 8 내지 16시간에 걸쳐 반응을 진행시키고, 이후, 산을 알칼리로 중화(예를 들면, pH 5.5 까지)시키고, 여과에 의해 전분을 회수한다.

또한, 종래에 알려진 효소 처리에 의해 전환된 전분을 제조할 수도 있다. 예를 들면, 과립상 전분 모재를 물에서 슬러리화하고 알칼리 또는 산으로 pH를 5.6 내지 5.7로 조정할 수 있다. 소량의 알파-아밀라제 효소(예를 들면 전분을 기준으로 약 0.02%)를 슬러리에 첨가하고, 상기 전분의 젤라틴화점 이상으로 가열한다. 소망하는 전환에 도달하면, pH를 산으로 조정(예를 들면 약 2.0으로)하여 효소를 불활성화하고 적어도 10분간 이 pH에서 분산액을 유지한다. 이후, pH를 재조정한다. 얻어진 전환 전분을 통상 제트 증자(jet cooked)하여 전분을 완전 용해하고 잔류 효소를 불활성화하도록 한다. 효소의 종류와 농도, 전환 조건, 및 전환의 길이는 모두 얻어진 산물의 조성에 기여할 것이다. 또한, 다른 효소 또는 효소의 조합물을 사용할 수도 있다.

전환제(희석제)로서, 과산화수소 단독 또는 금속 촉매와 함께 사용할 수도 있다. 미국 특허 제3,655,644호에서는 과산화수소 및 구리 이온 촉매를 사용한 전환된 전분의 희석을 위한 개량된 방법을 기재하고 있다. 미국 특허 제3,975,206호에서는 산의 pH에서 철, 코발트, 구리 또는 크롬과 같은 중금속 염 촉매와 조합된 과산화수소를 채용한 전분의 희석방법을 기재하고 있다. 이 특허에서는 또한 여러 가지 조건 하에서 과산화수소로 분해(저점도) 전분에 관한 다수의 참고문헌을 추가로 기재하고 있다. 미국 특허 제4,838,944호에서는 pH 11.0 내지 12.5의 수계 슬러리에서 과산화수소 및 촉매량의 망간염, 바람직하게는 과망간산칼륨을 이용하여 과립상 전분의 분해 방법을 기재하고 있다. 미국 특허 제5,833,755호에서는 전분의 젤라틴화 이하의 온도에서 과산화수소에 의해 과립상 전분을 분해하는 방법으로, pH 11.0 내지 12.5의 과립상 전분의 수상 슬러리를 제공하는 단계; 금속 착물 촉매의 유효 촉매량을 수계 슬러리에 첨가하는 단계; 상기 과산화수소 유효량을 수상 슬러리에 첨가하여 과립상 전분을 분해하는 단계를 포함한다.

소수성 전분 유도체의 제조는 공지된 방법으로 실시할 수 있다. 상기 방법 중 하나는 미국 특허 제2,661,349호에 기재된 것으로, 전분 알킬 또는 알케닐 숙신산염과 같은 소수성 전분 유도체를 기재한다. '349호 특허에서는 무수물 시약과 전분이 물에 현탁되고 알칼리 조건 하에서 혼합되는 경우, 표준 에스테르화 반응을 이용하여 상기 유도체가 제조되는 수성 방법을 기재하고 있다. 소수성 전분 유도체를 제조하기 위한 다른 방법은 미국 특허 제5,672,699호에 기재되어 있다. 이 특허에서는 향상된 반응 효율을 가지는 소수성 전분 유도체의 제조방법으로 전분 및 무수물 시약을 알칼리 반응 조건으로 만들기 전에 낮은 pH에서 미리 분산시키고 친숙하게 접촉시키는 것을 기재하고 있다. 전분 유도체 및 제조방법의 다른 기재는 "Starch: Chemistry and Technology", 제2판, R.L. Whistleret al., 1988, pp.314-343 및 "Modified Starches: Properties and Uses", O. Wurzburg, 1986, Chapter 9, pp.131-147에서 발견할 수 있다.

변성된 높은 겔 강도 전분은 탄화수소 치환체 및 전분 자체에 의해 제공된 배리어 또는 필름 형성 특성을 방해하지 않는 한 탄화수소 사슬 외에 다른 기를 포함하기 위해 추가로 변성되거나 유도될 수도 있다. 통상, 이들 변성은 소수성 또는 탄화수소기로 변성되기 전에 이루어지거나 제공된다. 상기 전분은 산 및/또는 열의 가수분해 작용에 의해 제조된 덱스트린과 같은 임의의 소수성 모재에서 유도된 전환 산물; 효소 전환, 촉매 전환, 또는 약산성 가수분해에 의해 제조된 유동성 또는 저점도 전분; 아염소산 나트륨과 같은 산화체로 처리하여 제조된 산화된 전분; 및 양이온, 음이온, 양쪽이온, 비이온, 및 가교결합된 전분과 같은 유도되거나 또는 변성된 전분을 포함한다.

본 발명의 실시에서, 적합한 전분은 약 40-80, 구체적으로 약 45-75, 더욱 구체적으로 약 55-65의 물 유동성(WF: water fluidity)으로 전환된다. 본 명세서에서 사용된 물 유동성은 유동성을 0-90의 범주에서 측정한 점도의 실험적 분석으로 여기서 유동성은 점도와 반비례한다. 전분의 물 유동성은 통상 30℃에서 24.73 cps의 점도를 가지는 표준 오일로 표준화된 Thomas Rotational Shear-type Viscometer(미국 펜실베이니아주 필라델피아 소재 Arthur A. Thomas CO.사에서 시판됨)를 사용하여 측정된다. 오일은 100회 회전하는 데 23.12±0.05 sec이 필요하다. 물 유동성의 정확하고 재현가능한 측정은 전분의 전환도에 따라 상이한 고체화 수준에서 100회 회전하는 동안 경과하는 시간을 측정하여 얻어진다. 전환이 증가할수록 점도는 감소하고 WF값을 증가한다. 점도가 필요하기 때문에, 물에서 제제의 농도는 약 2 내지 25%, 바람직하게 약 5 내지 15%, 더욱 바람직하게 약 7 내지 12%의 고체중량이 될 것이다.

본 발명의 코팅 및 표면 사이즈 조성물은 모든 종류의 셀룰로즈 및 셀룰로즈와 비셀룰로즈 섬유의 조합물로부터 제조된 종이 및 판지를 코팅하고 사이징하는 데 성공적으로 활용될 수 있다. 포함되는 것으로는 폴리아미드, 폴리에스테르, 및 폴리아크릴 수지 섬유와 같은 합성물 및 석면 및 글라스와 같은 무기질 섬유에서 유도된 셀룰로즈와 비셀룰로즈 물질의 조합물로부터 제조된 시트상의 매스 및 성형품을 포함한다. 사용될 수 있는 경질목재 또는 연질목재 셀룰로즈 섬유는 표백되거나 또는 표백되지 않은 소다, 중성 아황산염, 세미-화학물질, 쇄목 펄프, 화학-쇄목 펄프, 및 이들 섬유의 임의의 조합물을 포함한다. 또한, 다양한 공급원으로부터 재활용된 폐휴지뿐만 아니라, 비스코스 레이온 또는 재생된 셀룰로즈 타입의 합성 셀룰로즈 섬유가 사용될 수도 있다.

임의의 종래의 코팅 및 표면 사이징 기술에 의해 전분질의 코팅 또는 사이즈의 분산액을 미리 제조된 종이 또는 판지 웹에 적용한다. 이들 기술은 사이즈 프레스, 터브, 게이트 롤, 및 스프레이 도포기, 및 칼렌다 스택 사이징 공정을 포함하고, 스프레이 및 사이즈 프레스가 바람직하나, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 따라서, 예를 들면 사이즈 프레스 기술에서 표면 사이징은 한쌍의 프레스 롤―여기서, 한쌍의 롤 중 하부 롤은 사이징 분산액 배치(batch)에서 회전됨― 사이에 종이 웹을 통과시킴으로써 실시할 수 있다. 이 롤의 표면은 사이즈를 들어서 웹의 하부 면에 적층한다. 원한다면, 코팅액 또는 사이징액을 웹과 상부 롤 사이에 형성된 닙으로 펌핑하거나 또는 상부롤의 표면에 스프레이하여 프레스로 들어가는 경우 웹의 상부 면에 축적하도록 함으로써 웹의 상부면에 코팅액 또는 사이징액을 도포할 수도 있다. 예를 들면 전분 조성물은 노즐을 통한 펌핑 및 균일하게 분무하거나도포함으로써 분사될 시트 또는 웹에 분사될 수 있다. 기계 작용에 의해 분무하거나 안개화하는 수단을 활용할 수도 있다. 모든 수분을 원칙적으로 제거하기 위해 실무자에 의해 선택된 임의의 종래 건조 작업에 의해 코팅되거나 사이징된 웹을 건조한다.

모든 형태의 충전제, 안료, 염료, 및 레올로지 변성제를 통상의 방법으로 코팅되거나 사이징하고자 하는 종이 제품에 적용할 수 있다. 상기 물질로는 진흙, 탈크, 이산화티탄, 탄산칼슘, 황산칼슘, 및 규조토가 포함된다. 통상적으로 유효한 첨가량은 약 25 중량%까지를 사용할 수 있다.

본 발명의 전분의 함량은 일반적으로 완성된 건조 종이의 중량을 기준으로 약 0.25 내지 15.0 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5 중량%의 코팅을 제공할 수 있는 양이다. 이 범위 내에서, 사용되는 정확한 함량은 대부분 활용되는 펄프의 종류, 특정 작업 조건, 및 종이를 사용하고자 하는 구체적인 최종 용도에 따라 달라질 것이다. 배리어 특성, 즉 오일 및 그리스 내성을 증가시키는 것이 바람직한 경우 다중 코트를 적용할 수도 있다.

본 발명의 전분을 코팅 및 표면 사이징제로 사용하면 방수성을 개선시키고, 다공성을 감소시키고, 오일 내성을 증가시키는 것을 특징으로 하는 종이를 제공할 수 있게 된다.

추가의 실시예는 다음과 같다:

1. 약 40 중량% 미만의 아밀로즈 함량을 가지는 소수성으로 변성된 전분을 포함하는 코팅을 가지는 오일 및 그리스 내성의 종이 제품으로,

전분 모재의 유동성이 500 g/in²이상의 겔 강도를 가지는 종이 제품.

2. 제1 실시예에 있어서,

변성된 전분은 다음의 식으로 표현되는 종이 제품:

상기 식에서, St는 아밀로즈 함량이 약 40% 미만인 전분이고, R은 디메틸렌 또는 트리메틸렌이고, R'은 6 내지 18개의 탄소원자를 가지는 탄화수소기, 및 Y는 H, 알칼리금속, 알칼리토금속, 또는 암모늄임.

3. 제2 실시예에 있어서, 전분의 건중량을 기준으로 약 1 내지 5 중량%의 하기 식으로 표현되는 기가 전분에 결합되는 종이 제품:

4. 제3 실시예에 있어서,

R이 디메틸렌이고, R'이 8 내지 12개의 탄소원자를 가지는 탄화수소인 종이 제품.

5. 제4 실시예에 있어서,

전분의 아밀로즈 함량이 30% 미만인 종이 제품.

6. 제5 실시예에 있어서,

R'이 알킬 또는 알케닐 기인 종이 제품.

7. 제6 실시예에 있어서,

조성물이 약 2 내지 3 중량%의 결합된 R'를 함유하는 종이 제품.

8. 제1 실시예에 있어서,

전분이 타피오카인 종이 제품.

9. 제1 실시예에 있어서,

전분이 사고인 종이 제품.

10. 제1 실시예에 있어서,

식품 용기인 종이 제품.

11. a) 아밀로즈 함량이 약 40 중량% 미만이고, 변성전 전분의 유동성이 500 g/in²이상의 겔 강도를 가지는 소수성으로 변성된 전분을 포함하는 코팅 조성물을 제공하는 단계;

b) 상기 코팅 조성물을 종이 기질에 적용하는 단계; 및

c) 상기 코팅된 기질을 건조하는 단계

를 포함하는 우수한 배리어 특성을 가지는 코팅된 종이 제품을 제조하는 방법.

12. 제11 실시예에 있어서,

변성된 전분은 다음의 식으로 표현되는 종이 제품의 제조방법:

상기 식에서, St는 아밀로즈 함량이 약 40% 미만인 전분이고, R은 디메틸렌 또는 트리메틸렌이고, R'은 6 내지 18개의 탄소원자를 가지는 탄화수소기이고, Y는 H, 알칼리금속, 알칼리토금속, 또는 암모늄임.

13. 제11 실시예에 있어서,

코팅 조성물이 약 2 내지 약 25 중량%의 총고체 함유량을 가지는 수용액인 종이 제품의 제조방법.

14. 제13 실시예에 있어서,

코팅 조성물이 약 5 내지 약 15 중량%의 총고체 함유량을 가지는 수용액인 종이 제품의 제조방법.

15. 제14 실시예에 있어서,

코팅 조성물이 약 7 내지 약 12 중량%의 총고체 함유량을 가지는 수용액인 종이 제품의 제조방법.

16. 제11 실시예에 있어서,

전분이 타피오카인 종이 제품의 제조방법.

17. 제11 실시예에 있어서,

전분이 사고인 종이 제품의 제조방법.

이하, 비제한적인 실시예가 본 발명을 추가로 기재하고 설명하고자 제공된다. 실시예에서, 달리 기재되지 않는 한, 모든 부 및 백분율은 중량 기준이고 모든 온도는 섭씨이다.

실시예

모든 실시예에 걸쳐서 다음의 테스트를 실시하였다.

물 유동성 측정

30℃에서 24.73 cps의 점도를 가지는 표준 오일로 표준화된 Thomas Rotational Shear Type Viscometer(미국 펜실베이니아주 필라델피아 소재 Arthur H. Thomas, Co.에서 시판함)를 이용하여 물 유동성을 측정하였다. 오일은 100회 회전하는 데 23.12±0.05 sec.가 필요하다. 물 유동성의 정확하고 재현성 있는 측정은 상이한 고체 수준에서 전분의 전환도(전환이 증가할수록 점도가 감소함)에 따라 달라지는 100회 회전동안 경과된 시간을 측정하여 얻었다. 사용된 방법은 뚜껑이 달린 구리 컵에서 증류수 100 ㎖에 필요량의 전분(예를 들면 6.16 g의 건중량)을 슬러리화하는 단계 및 비등하는 수조에서 30분 동안 간헐적으로 교반하면서 슬러리를 가열하는 단계를 포함한다. 전분 분산액을 증류수를 첨가하여 최종 중량(예를 들면 107 g)으로 만들었다. 얻어진 분산액을 81-83℃에서 100회 회전하는 데 필요한 시간을 기록하고 표 1에 기재된 물 유동성 값에 따라 변환시켰다.

[표 1]

사용된 전분의 양(무수물 g)
6.16^a	8.80^b	11.44^c	13.20^d
100회 회전하는 데 필요한 시간 (sec.)	물 유동성
60.0				5
39.6				10
29.3				15
22.6				20
20.2				25
	33.4			30
	27.4			35
	22.5			40
		32.5		45
		26.8		50
		22.0		55
			24.2	60
			19.2	65
			15.9	70
			13.5	75
			11.5	80
			10.0	85
			9.0	90

질감 분석기(texture analyzer)를 이용한 겔 강도 측정

Texture Analyzer사에서 시판하고 있는 모델명 TA-XT2의 질감 분석기를 사용하여 겔 강도를 측정하였다. 무수 전분 20 g을 탈이온수와 혼합하여 소망하는 고체 백분율의 전분 슬러리를 얻었다. 슬러리를 20분 동안 비등하는 수조에서 증자하고, 점도가 증가하여 교반하지 않으면 표면이 굳어질 때까지 전분이 현탁된 상태를 유지하도록 교반한다. 증자된 전분을 터브에 붓고 뚜껑을 닫은 후, 하룻밤 실온으로 냉각하여 약 16 ㎜의 높이와 약 25 ㎜의 지름을 가지는 겔을 얻는다.

전분 겔을 터브에서 제거하였다. 겔의 높이와 지름을 측정하고 질감 분석기에 넣었다. 질감 분석기의 시험판 상에 실리콘 오일 2방울을 떨어뜨리고 겔을 놓았다. 겔 상부면에 실리콘 오일을 2방울 더 떨어뜨리고 다음의 변수를 사용하여테스트를 실시하였다.

모드: Force/Compression

조건: 시작으로 돌아감

예비 속도: 5.0 ㎜/sec

속도: 0.8 ㎜/sec

힘: N/A

거리: 10.0 ㎜

시간: N/A

회수: N/A

트리거: 0.05N

PPS: 200.00

프로브: P50 50 mm 지름, 원통형 알루미늄

실시예 1

산성 전환에 의한 사고 유동성 전분의 제조

천연 사고 전분 500 g을 750 ㎖의 물에서 슬러리화하고 일정하게 교반하면서 고온의 수조에 놓았다. 온도를 승온시킨 후, 약 50℃에서 유지시켰다. 염산(전분의 0.4 중량%) 2.0 g을 혼합하여 첨가하였다. 16시간 후, 부식용액(caustic solution)으로 pH를 5.5로 조정하였다. 전분을 여과하고 세척하고 건조하였다. 얻어진 사고 전분의 WF는 43이었다.

HCl의 양을 변경하여 상이한 물 유동성을 가진 유동성 사고 전분을 얻을 수 있다.

실시예 2

과망간산염/과산화물 전환에 의한 사고 유동성 전분의 제조

천연 사고 전분 1000 g을 물 1500 ㎖에서 슬러리화 하였다. 전분을 기준으로 0.8% NaOH를 3% 용액으로 하여 슬러리에 서서히 첨가하고, 전분을 기준으로 0.005% KMnO₄를 2% 용액으로 하여 첨가하였다. 15분 혼합 후, 전분을 기준으로 2.0%의 과산화수소 30% 분석물을 첨가하였다. pH를 11 이상으로 유지하면서 네거티브 KI 테스트 동안 약 3시간 동안 반응을 40℃에서 유지시켰다. 반응이 종료한 후, 슬러리를 3:1의 물:HCl로 pH=5.5까지 중화시키고, 여과하고 세척한 후 대기 건조시켰다. 샘플의 WF는 63이었다.

실시예 3

다양한 전분 모재의 겔 강도 및 물 유동성

사고, 옥수수, 타피오카, 및 감자 모재로 실시예 1의 방법을 활용하고 전환을 위해 사용된 HCl의 양을 변경시켜서 다양한 물 유동성의 유동성 전분을 제조하였다. 질감 분석기를 사용하여 이들 전분의 겔 강도를 테스트하였다. 표 2에서는 10% 고체량에서의 겔 강도를 나타낸다.

[표 2]

전분의 종류	최대 겔 강도에서 유동성	최대 겔 강도(g/in²)
왁시	60	< 20
옥수수	65	410
감자	58	950
타피오카	57	1325
사고	62	2750

실시예 4

타피오카 전분의 소수성 변성

옥테닐숙신산 무수물로 처리된 타피오카 유동성 전분을 다음과 같이 제조하였다. 유동성 타피오카(WF=57) 500 g을 750 ㎖의 물에서 슬러리화하였다. 3% 수산화나트륨을 이용하여 pH를 7.5로 조정하였다. 3% 수산화나트륨을 사용하여 pH 7.5를 유지하고 일정하게 교반하면서 매 30분마다 1/3 증액하며 옥테닐숙신산 무수물(OSA) 15 g을 첨가하였다. 이후 전분을 여과하고 750 ㎖ 물로 세척하였다. 500 ㎖의 물에 전분을 재슬러리화하고 3:1 염산으로 pH를 5.5로 조정하였다. 전분을 여과한 후, 750 ㎖의 물로 세척한 후 대기 건조하였다.

실시예 5

도포 방법

65℃ 온도의 물에 10중량% 농도의 분산된 전분 조성물을 Euclid Tool and Machine사 제조의 변형된 ETM Multiple System Lab Coater를 이용하여 종이에 도포하였다. 사용된 도포법은 정량 사이징된(metered sized) 프레스 또는 필름 전사 사이즈 프레스로 알려진 것으로, 여기서 전분 분산액의 '필름'은 2개의 반대로 회전하는 롤에 적용하는 것이다. 종이는 이 2개의 롤 사이를 통과하여 전분 필름이 종이 모재에 전사되었다. 적용 후, 종이를 Omega/Arkay 포토그래픽 드럼 드라이어에서 건조시켰다. 종이에 도포된 중량은 처리되지 않은 종이와 처리된 종이 사이의 중량 차이에 의해 결정하였다. 얻어진 종이 샘플을 다음의 테스트를 이용하여 물리적 특성에 대해 테스트하였다.

Gurley Porosity

Low-Pressure Gurley Density Testing(TAPPI Std. T460 as of 11/92).

이 테스트는 5 내지 1800 초 내에 100 cc의 공기가 Gurley Densitometer의 구멍(orifice)에 걸친 종이부를 통과시키는 경우, 종이의 공기저항을 측정하는 것이다. 이 테스트의 결과는 평방 인치 다공당 공기 100 cc당 초로 기록되는 것으로, 통상 Gurley 초로 칭하여진다.

TAPPI UM-557

이 테스트 또는 "The 3M kit"는 처리된 종이가 오일상 기질의 침투 및 wicking에 대한 내성에 대해 점도 및 극성의 영향을 시험하기 위해 사용하였다.

각 샘플에서 5개의 시트를 테스트하여 평균을 표 3에 기재하였다. 표 3은 겔 강도 및 오일 내성 및 Gurley 다공성 사이의 상관관계를 나타낸다.

[표 3]

전분의 종류/w.f.	Gurley 다공성	3M kit 값
왁시^*/60	2793	3.9
옥수수^*/65	2468	3.7
감자^*/58	3346	4.3
타피오카^*/57	3498	5.7
사고^*/62	4052	6.3

^*= 실시예 4에서와 같이 3% OSA로 변성됨

본 발명의 코팅 조성물에 의해 환경 친화적이고 소비자에게도 안전한 오일 및 그리스 내성의 종이 코팅 조성물을 제공하는 것이 가능하게 되었다.

본 발명의 많은 변경 및 수정이 본 발명의 사상 및 범주에서 이탈함 없이 이루어질 수 있다는 것을 당업자들은 잘 알 것이다. 본 명세서에서 기재된 특정 실시예에서는 예시만을 위한 것으로 본 발명은 첨부된 청구항 및 상기 청구항에서 기재된 것과 등가물의 범위에 의해 정의될 것이다.

Claims

아밀로즈 함량이 약 40 중량% 미만인, 소수성으로 변성된 전분을 포함하는 코팅을 가지는 오일 및 그리스 내성의 종이 제품으로,

상기 전분 모재의 유동성이 500 g/in²이상의 겔 강도를 가지는 종이 제품.
제1항에 있어서,

상기 변성된 전분이 다음의 식으로 표현되는 종이 제품:

상기 식에서, St는 아밀로즈 함량이 약 40% 미만인 전분이고, R은 디메틸렌 또는 트리메틸렌이고, R'은 6 내지 18개의 탄소원자를 가지는 탄화수소기이고, Y는 H, 알칼리금속, 알칼리토금속, 또는 암모늄임.
제1항 또는 제2항에 있어서,

전분의 건중량을 기준으로 약 1 내지 5 중량%의 다음 식으로 표현되는 기가 가 전분에 결합되는 종이 제품:

.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

R이 디메틸렌이고, R'이 8 내지 12개의 탄소원자를 가지는 탄화수소인 종이 제품.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전분의 아밀로즈 함량이 30% 미만인 종이 제품.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

R'이 알킬기 또는 알케닐기인 종이 제품.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

약 2 내지 3 중량%의 결합된 R'를 함유하는 종이 제품.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전분이 타피오카인 종이 제품.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전분이 사고(sago)인 종이 제품.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

식품 용기인 종이 제품.
a) 아밀로즈 함량이 약 40 중량% 미만이고, 변성전 전분의 유동성이 500 g/in²이상의 겔 강도를 가지는 소수성으로 변성된 전분을 포함하는 코팅 조성물을 제공하는 단계;

b) 상기 코팅 조성물을 종이 기질(substrate)에 적용하는 단계; 및

c) 상기 코팅된 기질을 건조하는 단계

를 포함하는 우수한 배리어 특성을 가지는 코팅된 종이 제품을 제조하는 방법.
제11항에 있어서,

변성된 전분은 다음의 식으로 표현되는 종이 제품의 제조방법:

상기 식에서, St는 아밀로즈 함량이 약 40% 미만인 전분이고, R은 디메틸렌또는 트리메틸렌이고, R'은 6 내지 18개의 탄소원자를 가지는 탄화수소기이고, Y는 H, 알칼리금속, 알칼리토금속, 또는 암모늄임.
제11항 또는 제12항에 있어서,

상기 코팅 조성물이 약 2 내지 약 25 중량%의 총고체 함유량을 가지는 수용액인 종이 제품의 제조방법.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 코팅 조성물이 약 5 내지 약 15 중량%의 총고체 함유량을 가지는 수용액인 종이 제품의 제조방법.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 코팅 조성물이 약 7 내지 약 12 중량%의 총고체 함유량을 가지는 수용액인 종이 제품의 제조방법.
제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전분이 타피오카인 종이 제품의 제조방법.
제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전분이 사고인 종이 제품의 제조방법.