KR20040111375A - 결합력이 개선된 라미네이트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열 용융 접착제가 사용되는 용도를 위해 기존의 라미네이트보다 결합 성능이 개선된 라미네이트 구조에 관한 것으로서, 상기 라미네이트 구조는 저온에서 라미네이트 기재에 대한 열 용융 접착제의 결합 강도 및 열 전도율을 폴리올레핀을 단독으로 함유할 때보다 증가시키기 위해 무기 충진제가 부하된 폴리올레핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

결합력이 개선된 라미네이트{LAMINATE FOR IMPROVED BONDING}
다양한 목적들을 위해 사용될 수 있는 복합 재료들을 제공하기 위해 판지 기재들에 다수의 코팅재들이 도포되어 왔다. 특히, 폴리에틸렌 코팅재는 판지 용기를 제조하는데 사용하기 위해 열 봉합층(heat sealant layer)으로서 판지 기재에 도포되어 왔다. 특정 용도에서, 다수의 표면들을 함께 결합시키기 위해 열 용융 접착제(또한, 열 용융 아교라고도 함)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 용도들의 예로는 단일 유닛으로서 판매하기 위한 다수 용기들의 조합(이하, "멀티팩"이라고 함) 또는 용기의 측면 상에 손잡이를 위치시키는 것이 포함된다.
본 출원에서, (열 용융 접착제를 통해) 결합 재료에 판지 기재의 봉합(또는 결합) 품질이 강한 것이 중요하다. 봉합이 실패하면 고객에게 선적하는 중에 용기들이 분리되거나 또는 끌어올리는 중에 패키지로부터 손잡이가 분리될 수 있다. 품질 관리 검사로서, 통상적으로 시료들을 떼고, 봉합영역내 섬유 인열(fiber tear)의 비율을 측정하여 봉합을 평가한다. 100% 미만의 섬유 인열은 멀티팩 유닛 또는 손잡이 부품들이 선적하는 중에, 및 소비자에 의한 사용중에 계속 부착되어 있다는 것을 확신하기에는 불충분한 봉합을 가리킨다.
상기 종류의 판지 기재들을 제조하기 위해 사용된 기존의 상업용 재료들은 폴리에틸렌을 단독으로 사용한다. 폴리에틸렌 코팅재를 단독으로 사용하는 것이 결합 기재로서 효과적일 수 있지만, 열 용융 도포의 적당한 장치가 확보되지 않는다면 필드(field)에서 실패가 일어날 수 있다. 상기 실패의 통상적인 근본 원인은 불충분한 열 용융 접착제 온도, 표면 상에 도포되는 접착제의 부정확한 양(또는 감소된 정량), 및 사용된 열 용융 접착제의 특정 등급의 부정확한 선택에 있다. 상기 문제의 해결책은 아교 영역에 도포되는 열 용융 접착제의 양을 증가시키는 방법 및/또는 열 용융 접착제의 온도를 높이는 방법 및/또는 열 용융 접착제를 교체하는 방법을 포함한다. 상기 방법들이 봉합 품질을 개선시키지만, 용도에 따른 열 용융 접착제의 다수 재고들을 필요로 하므로, 비용을 증가시키는 열 용융 접착제 사용을 증가시키거나 또는 온도를 높이는 열 용융 도포기를 변형시키는 것은 바람직하지 않다. 게다가, 열 용융 접착제의 온도를 높이는 방법은 분해(연기나고 검어지는 스펙)를 야기할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하는 열 용융 접착제에 대해 기재의 개선된 봉합 및 결합력을 부여할 수 있는 재료를 제공하는 것이다.
충진된 폴리올레핀은 압출 코팅에서 잘 알려져 있다. 중합체들중에 충진제에 대한 통상적인 용도는 표면 매끄러움의 변형, 마찰 계수, 자가-접착(self-adhesion)중의 개선된 열 봉합, 표면 자유 에너지 및 압출 코팅 중에 개선된 기재에 대한 코팅재의 접착력(가령, 판지에 대한 폴리에틸렌)을 포함한다. 충진된 중합체들에 대한 열 용융 접착제의 결합력을 개선시키기 위해 충진된 중합체들을 사용하는 것은 종래 문헌 어디에도 인용되어 있지 않다.
발명의 요약
본 발명의 바람직한 구체예는 기존의 폴리올레핀(폴리에틸렌) 기재들에 대한 열 용융 접착제들에 개선된 결합 성능을 제공하는 충진된 폴리올레핀(폴리에틸렌) 라미네이트 재료를 보여준다.
본 발명은 열 용융 접착제에 대해 개선된 열 봉합성(heat seal)을 갖는 판지 라미네이트 구조체에 관한 것이다. 상기 라미네이트 구조체는 저온에서 라미네이트 기재에 대한 열 용융 접착제(hot melt adhesive)의 결합 강도 및 열 전도율을 폴리올레핀을 단독으로 함유할 때보다 증가시키기 위해 무기 충진제를 부하시킨 폴리올레핀을 함유한다.
도 1은 본 발명의 라미네이트의 바람직한 구체예의 단면도이며; 및
도 2는 본 발명의 라미네이트의 추가의 바람직한 구체예의 단면도이다.
기존의 폴리올레핀(폴리에틸렌)기재들보다 열 용융 접착제에 대한 결합 성능을 개선시키는 라미네이트 구조체가 개시된다. 본 발명의 용도는 단일 유닛으로 다수의 용기들의 조합(멀티팩) 및 코팅된 판지로 제조된 용기들에 대한 손잡이의 용도를 포함한다. 본 기술에 대한 다른 용도들도 고려되고 있고, 당업자들은 이를 확인하고 도입시킬 수도 있다. 모든 중량은 3000 평방 피트당 파운드(pounds per 3000 square feet)로 표시한다.
도 1을 참조하면, 바람직한 구조체(5)는 판지 기재(10)(1-300 lbs)와, 이의 한쪽 면에 도포되는 무기 충진제 재료를 함유하는 5-40 lbs 및 바람직하게는 약 12 lbs의 코팅 중량으로 폴리올레핀 중합체 코팅 층(12)을 포함한다. 충진제는 탄산칼슘, 이산화티탄, 탈크, 클레이, 탄소질 토류(carbonaceous earth), 유리 비드(glass beads), 안료 또는 다른 무기 재료들을 포함하며, 이에 제한되지는 않는다. 충진제의 부하량은 1-40 중량%, 바람직하게는 15 중량%일 수 있다. 그후, 열 용융 접착제(14)가 충진제 함유 폴리올레핀 층(12)에 도포된다.
도 2를 참조하면, 대안의 바람직한 구조체(25)는 판지 기재(30)(1-300 lbs)와, 이의 한쪽 면에 도포되는 중합체의 코팅재(32)를 포함한다. 상기 코팅재는 층(34)의 오버코트 이전에 다중 층의 동시 압출 또는 단층 압출을 포함할 수 있다. 층(34)은 무기 충진제 재료를 함유하는 5-40 lbs 및 바람직하게는 약 12 lbs의 코팅 중량의 폴리올레핀 재료이다. 높은 열용량 충진제 재료는 탄산칼슘, 이산화티탄, 탈크, 클레이, 탄소질 토류, 유리 비드 및 안료일 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다. 충진제의 부하량은 1-40 중량%, 바람직하게는 15 중량%일 수 있다. 그후, 열 용융 접착제(36)가 충진제 함유 폴리올레핀 층(34)에 도포된다.
층(12) 또는 층(34)에 사용된 폴리올레핀은 저밀도 폴리에틸렌, 직쇄형 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이들의 혼합물들을 포함할 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다.
도 1에서 라미네이트(5)의 형태와 일치하는 구조체를 사용하여 용기를 제조하였다. 상기 라미네이트는 15 중량% 부하량의 탄산칼슘과 혼합한 12 lbs/3 msf의 폴리에틸렌으로 코팅된 212 lbs/3 msf 기준 중량의 판지 재료를 포함하였다. 게다가, 상기 구조체의 반대면은 장벽 물질(barrier materials)과 폴리에틸렌의 배합물이었다. 압출 코팅을 통해 충진된 폴리에틸렌 층을 제조하는 중에는 어려움이 없었다. 롤스톡(rollstock)을 얇게 벗긴 리터 게이블 탑 카톤(skived liter gable top)으로 변환시켰다. 탄산칼슘을 함유하지 않는 상업용으로 사용가능한 카톤도 또한 시험하였다.
구조체의 자가 봉합(self sealing) 성질을 평가하기 위해, 바버 콜만(Barber Colman) 열 봉합 시험기를 사용하였다. 바버 콜만은 열 봉합이 이뤄지도록 계면 온도를 높이기 위해 시료 전체를 가열하기 위해 2개의 가열된 턱(jaw)을 사용한다. 지시된 온도까지 30초간 가열한 후, 시료를 제거하여 냉각시켰다.
중합체 재료에 대한 열 봉합은 (용융된 중합체를 접촉시킨후 분리한) 열 택(tack)으로서 또는 열 봉합 강도(냉각후 시료를 분리시키기 위해 요구되는 힘)로서 보고되어 있다. 판지 용도에서, 계면에서의 중합체 분리 이전에 판지 섬유가 분리되기 때문에 결합 품질은 판지의 섬유 인열율(%)의 함수로서 평가한다.
결합 품질은 (봉합 면적율(%)로서) 봉합 영역내에서 섬유 인열 수준을 등급화하여 판단한다. 상기 시험결과는 표 1에 요약되어 있다. 충진제를 포함하지 않은 대조군 시료와 비교했을때 15 중량%의 탄산칼슘으로 부하된 폴리에틸렌이 100% 섬유 인열 봉합을 이루는데 요구되는 온도를 20℉(11.1℃)까지 낮춘다는 것을 입증해준다. 이는 충진제가 사용되었을 경우 봉합을 이루는데 열 용융 접착제의 온도를 높일 필요가 없다는 점에서 중요하다.
표 1은 여러 개의 다른 폴리에틸렌 재료들과 본 발명의 라미네이트-대-라미네이트 열 봉합을 비교한 것이다.
상기 시험에 더해, 다수의 용기들을 함께 고정시키는 판지 오버랩에 기재를 결합시키기 위해 기재에 열 용융 접착제를 도포하는 상업용 멀티팩 장치를 사용하여 상기 시료들을 평가하였다. 상기 시험 목적을 위해, (섬유 인열율에 의해 결정되는) 결합 품질의 측정 및 분리 이전에 열 용융물을 냉각시켰다. 다양한 시료들에 대한 상기 시험 결과는 2개의 다른 온도에서 표 2에 개시되어 있다.
표 2는 여러 개의 다른 폴리에틸렌 재료들과 본 발명의 라미네이트-대-열 용융 접착제를 비교한 것이다.
상기 결과는 결합 성능(섬유 인열율)에 있어서 대조군에서 큰 변화가 발견된다는 것을 입증한다. 게다가, 열 용융 접착제의 온도를 증가시키면 봉합 성능이 개선되었지만, 상업용으로 허용되지는 않았다. 대조적으로, 15 중량%의 탄산칼슘이 부하된 폴리에틸렌을 사용하여 제조된 기재는 100% 섬유 인열율을 입증했다.
본 발명에 따른 카톤 구조체의 바람직한 구체예가 기술되었지만, 하기 청구의 범위에 정의된 바에 따라 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 변형, 부가 및 삭제가 이뤄질 수 있다는 것을 당업자들은 잘 알 것이다.

Claims (6)

  1. a) 외부 표면 및 내부 표면을 갖는 판지 기재;
    b) 판지 기재의 외부 표면 상에 코팅된, 무기 충진제 함유 폴리올레핀 층; 및
    c) 무기 충진제 함유 폴리올레핀 층에 도포된 열 용융 접착제(hot melt adhesive)를 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리올레핀은 저밀도 폴리에틸렌, 직쇄형 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기 충진제는 탄산칼슘, 이산화티탄, 탈크, 클레이, 탄소질 토류(carbonaceous earth), 유리 비드(glass bead) 또는 안료인 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 무기 충진제는 무기 충진제 함유 폴리올레핀 층의 중량을 기준으로 1 중량% 내지 40 중량%인 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 무기 충진제는 무기 충진제 함유 폴리올레핀 층의 중량을 기준으로 15 중량%인 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    무기 충진제 함유 폴리올레핀을 코팅하기 이전에 판지 기재의 내부 측면 상에 코팅된 1개 이상의 다른 폴리올레핀을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
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