KR20080091396A - 산소 및 습기 장벽 성질을 갖는 생분해성 종이-기재 라미네이트 및 생분해성 종이-기재 라미네이트의 제조 방법 - Google Patents

산소 및 습기 장벽 성질을 갖는 생분해성 종이-기재 라미네이트 및 생분해성 종이-기재 라미네이트의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

생분해성 중합체를 포함하는 생분해성 라미네이트가 산소 및 습기 장벽 성질을 갖는다. 산소 및 습기 장벽 층은 생분해성이다. 장벽 층이 조악한 접착성을 가질 경우, 접착성을 개선하기 위해 분해성 결합 층이 포함될 수 있다. 전체적인 산소 및 습기 장벽 특성을 증가시키기 위해 라미네이트 구조의 조합이 형성될 수 있다. 생분해성 라미네이트가 압출에 의해 형성될 수 있다.
생분해성 중합체, 생분해성 라미네이트, 습기 장벽, 산소 장벽, 결합 층

Description

산소 및 습기 장벽 성질을 갖는 생분해성 종이-기재 라미네이트 및 생분해성 종이-기재 라미네이트의 제조 방법 {Biodegradable Paper-Based Laminate with Oxygen and Moisture Barrier Properties and Method for Making Biodegradable Paper-Based Laminate}
본 발명은 생분해성 종이-기재 라미네이트 및 생분해성 종이-기재 라미네이트의 제조 방법에 관한 것이다.
종이-기재 라미네이트는 통상적으로 판지로 된 기판, 용기용 판지 또는 다른 형태의 종이를 포함한다. 해로운 액체 또는 기체에 대한 그의 다공성, 내인열성과 같은 그의 물리적 성질, 및 포장 용도에 있어서의 여타 한계와 관련된 종이의 고유한 한계로 인하여, 종이-기재 기판은 포장 재료로서 판지의 한계 중 하나 이상을 제거하기 위해 선택된 중합체성 물질로 된 하나 이상의 층으로 피복 또는 적층된다. 비제한적으로 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE), 나일론, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 및 에틸렌 비닐 알코올 공중합체(EVOH)와 같은 상기 중합체성 물질은 일반적으로 생분해성으로 고려되지 않는다. 종이-기재 라미네이트는 다양한 제품을 위한 포장의 형성에 유용하다. 그러한 포장은 일반적으로 1회 또는 최소의 횟수로 사용된 다음 폐기된다. 그러한 라미네이트의 사용 부피는 매립에서 그들의 생분해 성 등에 관하여 잠재적인 문제를 창출해 왔다. 종이-기재 라미네이트의 용도는 식품 (액체, 고체, 뜨겁거나 차가운), 종이 랩, 샌드위치 랩, 및 무수한 다른 용도를 위한 포장을 포함한다.
식품 서비스 용도를 위한 종이-기재 라미네이트는, 100% 종이 컵의 경우 일반적인 것과 같은 누출 또는 연화됨이 없이 보다 긴 시간 동안 액체를 보유하기 위해 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE) 또는 다른 유사한 중합체(들)로 전형적으로 압출 피복된다. 예를 들면 커피와 같은 뜨거운 음료를 위한 컵은 일반적으로 액체 내성 및 봉합을 위해 내부에 LDPE의 층을 갖는다. 청량 음료 등을 위한 냉 음료 컵은 컵의 외부에 형성되는 응결이 종이를 연화시키는 것을 방지하도록 양면 위에 LDPE로 전형적으로 피복된다. 0.5 내지 1.5 mils (7.2 내지 21.6 lb/3000 ft2)의 LDPE 피복 중량이 일반적이다.
다수의 종이-기재 라미네이트가 한 번 또는 매우 최소 횟수만큼 사용된 다음 폐기되는 일회용 포장에 사용된다. LDPE 피복은 쉽게 생분해되지 않으며, 따라서, 컵이 분해되지 않고 여러 해 동안 매립지에 남아 있을 것이다. LDPE 대신 1종 이상의 생분해성 중합체를 사용하는 것이 사용된 컵들을 더욱 "친환경적으로" 만드는 데 바람직하다.
식품 서비스 용도를 위한 종이-기재 라미네이트는 100% 종이 컵의 경우 일반적인 것과 같은 누출 또는 연화됨이 없이 보다 긴 시간 동안 액체를 보유하기 위해 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE) 또는 다른 유사한 중합체들로 전형적으로 압출 피복된 다. 예를 들면 커피와 같은 뜨거운 음료를 위한 컵은 일반적으로 액체 내성 및 봉합을 위해 내부에 LDPE의 층을 갖는다. 청량 음료 등을 위한 냉 음료 컵은 컵의 외부에 형성되는 응결이 종이를 연화시키는 것을 방지하도록 양면 위에 LDPE로 전형적으로 피복된다. 0.5 내지 1.5 mils (7.2 내지 21.6 lb/3000 ft2)의 LDPE 피복 중량이 일반적이다.
컵 뿐만 아니라, 박공지붕 상자와 같은 여타 피복된 종이 제품, 접는 상자, 골판지 상자, 종이 파우치, 샌드위치 랩, 및 종이 랩이 친환경적 생분해성 물질을 포함하는 것으로부터 또한 유익할 수 있다.
재생가능한-자원-기재 중합체가 존재한다. 화학물질로부터 생산되는 이들 중합체는 증대될 수 있다. 이는 더 많은 공급 및 가격 안정성을 가능하게 한다.
뿐만 아니라, 이들 물질은 생분해성이고 퇴비화가 가능하다. 매립 공간이 매우 제한된 유럽 및 아시아에서는, 퇴비화가 가능한 재생가능한-자원-기재 물질이 바람직하다. 뿐만 아니라, 특히 매립이 너무 빨리 진행되고 관련 비용이 신속하게 상승되는 북 아메리카에서는 자치구의 퇴비화가 증대되는 추세이다.
퇴비화가 가능한 재생가능한-자원-기재 물질은 폴리젖산 (PLA) 및 폴리히드록시알카노에이트(PHA)를 포함한다.
통상적으로, PLA 및 PHA와 같은 "생태(green)" 물질은 그들의 습기 및 고온에 대한 민감성 때문에 압출에 의해 가공하기가 어렵다.
발명의 요약:
따라서 본 발명의 목적은 상기 일반적인 종류의 이제까지 알려진 장치의 상기 언급된 단점을 극복하고, 완전히 생분해성/퇴비화가능한, 종이-기재이며 다양한 종류의 포장에 사용하기 적합한, 산소 및 습기 장벽 성질을 갖는 생분해성 종이-기재 라미네이트를 제공하는 것이다.
전술한 및 다른 목적에서 볼 때, 본 발명에 따르면 하나 이상의 재료 층이 그 위에 적용된 종이-기재 기판이 제공된다. 그러한 각각의 층은 완전히 생분해성/퇴비화가능하며 각각의 재료 층은 단독으로 또는 하나 이상의 추가 층과 조합되어 선택된 바람직한 성질에 기여한다. 총체적인 층은 라미네이트를 주어진 제품의 포장에 유용하게 하는 데 요구되거나 필요한 상기 성질을 모두 갖는 완전히 생분해성/퇴비화 가능한 물질이다.
구체적으로, 본 발명의 하나의 국면에 따르면, 라미네이트가 완전히 생분해성이고 퇴비화 가능한, 산소 및/또는 수증기 장벽 성질을 갖는 다층 종이-기재 라미네이트가 제공된다. 많은 경우에, 본 발명의 라미네이트에서 개개의 층 성분은, 기판에 단독으로 적용될 경우 상기 라미네이트에 원하는 성질을 제공하지 못한다. 오히려, 이들 층이 아래에 놓인 층 위에 또는 기판 자체 위에 공압출될 경우에만, 층들은 라미네이트에 원하는 성질을 부여한다.
본 발명의 목적에서 볼 때, 장벽 성질을 갖는 생분해성 종이 제품의 제조 방법이 또한 제공된다. 상기 방법은 표면을 갖는 기판을 제공하고, 상기 기판의 표면 위에 장벽 층을 압출하는 것을 포함한다. 상기 장벽 층은 폴리비닐 알코올, 폴리젖산 또는 폴리히드록시알카노에이트와 같은 분해성 물질을 포함한다. 분해성 물질의 피복중량은 8 내지 20 파운드/3000 평방 피트의 범위 내이다. 제2 장벽 층이 기판의 반대 면 위에 압출될 수 있다.
압출된 중합체의 접착을 촉진하기 위해, 상기 방법은 상기 압출 단계 이전 기판에 하도를 적용하는 것을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 수성 하도가 사용된다. 압출 단계 직전에 상기 수성 하도로부터 물을 제거한다. 상기 하도는 바람직하게는 전분 에멀션, 대두 단백질 에멀션, 폴리비닐 아세테이트 또는 폴리비닐 알코올이다. 하도의 피복중량은 0.5 내지 5 파운드/3000 평방 피트의 범위 내에서 유지된다.
LDPE 및 PP에 비하여 PLA 및 PHA의 높은 단가를 감소시키기 위해, 저가의 충전제가 압출 단계 이전 상기 분해성 물질에 첨가될 수 있다. 상기 충전제는 탄산 칼슘, 탈크, 규조토 또는 점토일 수 있다. 상기 분해성 물질 중 5 내지 20 중량% 범위의 충전제의 양이 효과적인 것으로 밝혀졌다.
폴리히드록시알카노에이트가 분해성 물질인 경우, 상기 압출된 중합체는 점착될 수 있다. PHA의 유리 전이 온도(Tg)가 통상적으로 실온보다 낮으므로, PHA는 연성을 유지하고 가공 후의 기간 동안 결정화를 계속한다. 피복된 롤이 압출 후에 경화되는 동안, 상기 물질은 점착성을 유지하고, 이것이 층들이 한데 붙거나 "점착"하도록 할 수 있다. 따라서, 점착방지 물질이 압출 단계 후 상기 장벽 층에 첨가될 수 있다. 적합한 점착방지 물질은 에루카미드 (erucamide), 탄산 칼슘 및 탈크를 포함한다. 0.1 내지 5 중량% 범위의 점착방지 물질의 양이 효과적인 것으 로 밝혀졌다.
본 발명의 특징으로 고려되는 다른 특성들을 첨부된 청구항에 기재한다.
산소 및 습기 장벽 성질을 갖는 생분해성 종이-기재 라미네이트 및 상기 라미네이트의 제조 방법을 구현하여 본 발명을 본 명세서에 예시 및 기재하였지만, 본 발명의 정신을 벗어나지 않고, 청구항의 동등물의 범위 내에서 다양한 수정 및 구조적 변경이 가해질 수 있으므로, 본 발명은 나타낸 세부사항에 국한되도록 의도되지 않는다.
그러나 본 발명의 추가 목표 및 장점과 함께 그의 구조 및 형성 방법은, 첨부된 도면과 관련시켜 읽을 때 구체적인 구현예의 다음 기재로부터 가장 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 산소 장벽 성질을 나타내는 라미네이트를 도식적으로 보여준다.
도 2는 분해성 폴리올레핀 및 산소 장벽 층에 분해성 폴리올레핀을 접착시키기 위한 분해성 결합 층을 이용하는 라미네이트를 도식적으로 보여준다.
도 3A-3C는 도 1에 일반적으로 나타낸 라미네이트의 3 가지 구현예를 도식적으로 보여준다.
도 4A-4C는 도 1-2에 나타낸 라미네이트를 조합한 라미네이트의 3 가지 구현예를 도식적으로 보여준다.
도 6은 본 발명에 따라 액체 및 수증기 장벽 성질을 나타내고 하나의 장벽 층을 갖는 라미네이트를 도식적으로 보여준다.
도 7은 본 발명에 따라 액체 및 수증기 장벽 성질을 나타내고 2 개의 장벽 층을 갖는 라미네이트를 도식적으로 보여준다.
본 개시의 목적을 위해 본 발명의 라미네이트는 2 개의 군으로 분류된다: (1) 산소 장벽 및 (2) 액체 및 수증기 장벽.
산소 장벽:
산소 장벽 성질을 나타내는 본 발명에 따르는 라미네이트를 도 1에 일반적으로 도시한다.
도 1에서 보는 바와 같이, 도시된 기판은 표백 또는 무표백의 (천연) 크라프트 시트 또는 표백 또는 무표백의 (천연) 판지와 같은 판지이다.
도시된 층 (A)는 상기 라미네이트로부터 형성된 포장의 외부에 배치된다. 그러므로, 상기 층은 주위 환경에서 액체 및 수증기로부터 기판에 적절한 보호를 제공하는 중합체를 포함할 수 있다. 이는 또한 인쇄 매체로서도 작용한다. 상기 물질은 5 내지 20 lb/3000 ft2의 막피복 중량을 갖는 분해성 폴리올레핀 (dPE) 또는 폴리히드록시알카노에이트(PHA)일 수 있다. 폴리젖산(PLA) 및 다른 생분해성 폴리에스테르가 같은 피복 중량 범위로 사용될 수도 있지만, dPE 또는 PHA보다 낮은 수증기 장벽을 제공한다.
분해성 폴리올레핀(dPE)은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 전이 금속 카르복실레이트 촉매의 배합물이다. 상기 촉매에 사용된 전이 금속의 예는 철, 카드뮴, 코발트 및 망간을 포함할 수 있다. 상기 첨가제의 두 상업적 공급원은 인바이런멘털 플라스틱스 사(Environmental Plastics, Inc. (EPI)) 및 윌로우 리지 플라스틱스 사(Willow Ridge Plastics, Inc.)이다.
적합한 생분해성 폴리에스테르가 상품명 바스프 에코플렉스 (BASF ECOFLEX), 이스트만 이스타 바이오 (EASTMAN EASTAR BIO) 및 듀퐁 바이오맥스 (DUPONT BIOMAX) 하에 시판된다. 상기 물질은 가수분해 및 생분해의 조합에 의해 분해된다 (미생물에 의해 소모).
층 (B)는 기판을 피복하여 다음 층을 기판 및 외부 환경으로부터의 습기로부터 보호하는 물질에서 선택된다. 상기 물질은 dPE, PHA 또는 PLA의 5 내지 20 lb/3000 ft2의 피복을 포함할 수 있다. 또는, 상기 층은 산소 장벽을 제공할 수 있고 5 내지 20 lb/3000 ft2 피복의 PVOH, 생분해성 폴리에스테르, PHA 또는 PLA로부터 형성된다.
층 (C)는 일반적으로 산소 장벽을 제공하는 물질을 포함한다. 적합한 물질은 2 내지 15 lb/3000 ft2 층의 폴리비닐 알코올(PVOH)을 포함하는데, 이는 수성 또는 압출된 피복으로 적용될 수 있다. 그러나, 상기 층은 층 B가 산소 장벽 물질을 포함할 경우 필요하지 않거나, 상기 층이 분해성 결합 층을 포함할 수 있다. 후자의 경우, 이는 분해성 물질(dTie)을 포함할 것이며, 이는 전술한 전이 금속 카르복실레이트 촉매 첨가제와 말레산 무수물 작용기를 가진 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 또는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)(Equistar Chemical로부터 상품명 PLEXAR(R) 하에 시판되는 것들과 같은)과의 배합물이다. dTie 층에 적합한 층 두께는 일반적으로 2 내지 5 lb/3000 ft2이다.
층 (D)는 제품 접촉 층이다. 그 자체로서 이는 증기 (수증기), 액체 (즉, 물, 오일 등) 및 고체 물질에 의한 침투에 대한 내성을 제공하고 포장의 봉합에 도움을 준다. 상기 층은 바람직하게는 5 내지 20 lb/3000 ft2의 피복 중량을 가지며, dPE 또는 PHA를 포함하고, 특정 상황에서 PLA 및 여타 생분해성 폴리에스테르가 사용가능하다.
dPE가 층 B 및 D에 사용될 경우에, dTie 층이 층 B와 C 사이에 및 층 C와 D 사이에 적용되어 적절한 접착을 제공함으로써, 도 2에 도시된 것과 같이 무광택 면 위에 5 개 층의 구조를 형성하는 것이 필요할 수도 있다.
도 2에 도시된 구현예의 기판은 표백 또는 무표백의 (천연) 크라프트 시트 또는 표백 또는 무표백의 (천연) 판지일 수 있다.
본 구현예의 층 (E)는 포장의 외부에 위치하고 기판의 하나의 편평한 표면 위에 놓인다. 즉, 층 (E)는 주위 환경에서 기판에 액체 및 수증기로부터 적절한 보호를 제공할 수 있는 중합체를 포함할 것이다. 층 (E)는 또한 인쇄 매체로서도 작용할 것이다. 상기 물질은 5 내지 20 lb/3000 ft2의 막 피복 중량으로 적용된 dPE 또는 PHA일 수 있다. PLA 및 여타 분해성 폴리에스테르가 또한 동일한 피복 중량 범위에서 사용될 수 있지만, dPE나 PHA보다 못한 수증기 장벽을 제공한다.
층 (F) 및 (J)는 산소 장벽 층(들)을 보호하기 위한 습기 내성 층으로 작용한다. 이들 층은 5 내지 20 lb/3000 ft2의 피복 중량에서 dPE, PHA 또는 다른 분해성 폴리에스테르일 수 있다. 층 (H)는 바람직하게는 라미네이트로 된 1차 산소 장벽 물질을 포함한다. 적합한 물질은 2 내지 15 lb/3000 ft2 층의 PVOH, PHA 또는 PLA를 포함하며, 이는 수성 또는 압출된 피복으로 적용될 수 있다. 많은 경우, 층 (G) 및 (I)는 층 (F)와 (H) 및 층 (H) 및 (J) 사이에 접착을 보장하기 위해 분해성 결합층(dTie)을 포함한다. 분해성 결합 층에 적합한 두께는 2 내지 5 lb/3000 ft2이다.
또는, 층 (G) 및 (I) 모두는 라미네이트의 1차 산소 장벽 물질을 포함할 수 있다. 적합한 물질은 폴리비닐 알코올(PVOH), PHA, PLA, 또는 여타 생분해성 폴리에스테르로 된 2 내지 15 lb/3000 ft2 층을 포함하며, 이는 수성 또는 압출된 피복으로 적용될 수 있다.
5 내지 20 lb/3000 ft2의 층 두께의 dPE가 층(F), (H) 및 (J)에 사용될 경우, 일반적으로 두께 2 내지 5 lb/3000 ft2의 dTie 층이 적절한 접착을 제공하기 위해 층 (F)와 (G), (G)와 (H), (H)와 (I), 및 (I)와 (J)의 사이에 필요할 것이다.
도 1 및 2의 조합이 상기 라미네이트의 전체적 기능성을 더 향상시키기 위해 또한 고려되어야 한다. 예를 들면, 도 1의 3개 층 라미네이트를 단일의 공압출 단계로서 기판에 적용한 다음, 또 하나의 단일 공압출 단계로서 도 2의 5 내지 9개 층 라미네이트에 적용할 수 있는데, 단 적절한 접착이 상기 공압출 사이에 수득되어야 한다.
도 1 및 2의 라미네이트는 수 주 내지 수 개월의 보관 수명이 요구되는 특제 우유, 과일 주스, 주스 음료 및 박공 지붕 상자, 파우치 등에 담긴 여타 음료와 같은 포장 제품을 위해 특히 유리하다. 산소 장벽 층(들)은 액체 제품의 산화를 방지함으로써 비타민, 방향/향미, 및 제품 색상의 유지에 도움을 준다.
도 3A-3C에 나타낸 라미네이트가 명세서 및 도 1에 정의된 것과 같은 생분해성 물질로부터 형성된다. 도 3A-3C는 제한적인 의미가 아니며 기재된 물질의 조합이 또한 적합한 라미네이트를 제공할 수 있다.
도 4A-4C에 나타낸 라미네이트가 명세서에 정의된 것과 같은 생분해성 물질 및 도 1과 2의 조합에 의해 형성된다. 도 4A-4C의 모든 라미네이트가 도 3A-3C의 라미네이트에 비하여 개선된 산소 장벽 성능을 가질 것으로 기대된다. 다시 한 번, 도 4A-4C는 제한적인 의미가 아니며 기재된 물질의 다른 조합이 또한 적합한 라미네이트를 제공할 수 있다.
도 5A-5C에 나타낸 라미네이트가 명세서에 정의된 것과 같은 생분해성 물질 및 도 1 및 2의 조합에 의해 형성된다. 도 5A-5C의 모든 라미네이트가 도 4A-4C의 라미네이트에 비하여 개선된 산소 장벽 성능을 가질 것으로 기대된다. 다시 한 번, 도 5A-5C는 제한적인 의미가 아니며 기재된 물질의 다른 조합이 또한 적합한 라미네이트를 제공할 수 있다.
액체 및 수증기 장벽:
도 6 및 7은 본 발명의 라미네이트의 구현예를 도시하며, 이는 본 발명에 따르는 습기 (증기 및 액체) 장벽 구조를 제공하는 데 유용하다.
도 6에 도시된 것과 같이, 기판은 표백 또는 무표백의 (천연) 크라프트 시트 또는 표백 또는 무표백의 (천연) 판지를 포함할 수 있다. 상기 기판은 액체 보유를 위해 하나의 (제품 접촉) 면 위에 피복되고 뜨거운 액체용 음료 컵을 구성하기 위한 후보물질이다. 층 (K)는 5 내지 30 lb/3000 ft2의 두께를 가지며 dPE, PHA, PLA 또는 여타 분해성 폴리에스테르일 수 있다.
도 7에 나타낸 구조에서, 판지 기판(표백 또는 무표백의 (천연) 크라프트 시트 또는 표백 또는 무표백의 (천연) 판지)는 습기 민감한 차가운 액체 또는 고체를 포장하기 위해 양 면 위에 피복된다. dPE, PHA, PLA와 같은 분해성 폴리에스테르가 층 (L) 및 (M)을 구성하기 위해 사용될 수 있다. 층 (L) 및 (M)을 위해 적합한 층 두께는 5 내지 30 lb/3000 ft2이다.
뜨거운 및 차가운 액체용 컵 외에, 도 6 및 7의 라미네이트는 산소 장벽을 필요로 하지 않는 액체 및 건조 제품을 저장하기 위한 박공 지붕 상자 또는 파우치에도 사용될 수 있다. 그 예는 신선한, 저온살균된 우유이다.
필요하다면, 탄산 칼슘이 도 1, 2, 6 및 7에서 압출 또는 수성 피복으로 된 하나 이상의 개별 층에 비용 절감 수단으로 첨가되어 생분해성 수지 물질의 일부를 대신하여 분해 속도의 증가를 제공할 수 있다. 전분, 점토, 카올린, 탈크, 셀룰로오스 섬유 및 규조토를 포함하는, 여타 가능한 유기 및 무기 충전제가 탄산 칼슘과 함께, 또는 그를 대신하여 사용될 수 있다.
일부 경우에, 압출 피복 적용에 전형적으로 사용되는 공정 온도에서, 낮은 분자량 생성물 및 잠재적으로 불쾌한 냄새를 발생하는 높은 분해 속도가 나타날 수 있다. 이러한 반응을 늦추기 위해, 비타민 E, 테트라키스-(메틸렌-(3,5-디-t-부틸-4-히드로신나메이트)메탄 (IRGANOX 1010이라는 상품명 하에 시판), 및/또는 여타 산화방지제가 수 ppm 내지 약 5 중량%에 이르는 (<5%) 부하량으로 첨가될 수 있다. 뿐만 아니라, 제올라이트(또는 분자 체)가 저분자량 생성물의 전부 또는 일부를 제거하여 원치 않는 냄새를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 제올라이트 또한 약 5 중량%에 이르는 부하량(<5%)으로 전형적으로 첨가된다.
더 나아가서, dPE는 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀에 분해-촉진 첨가제를 사용하는 것을 수반하는 기술이다. 이들 첨가제는 중합체, 충전제, 및 금속 카르복실레이트 촉매의 혼합물을 수반한다. 하나의 구현예에서, 본 발명자들은 dPE를 탄산 칼슘 첨가제와 조합하여 중합체 매트릭스를 파괴하고 주어진 층(들)에 존재하는 중합체의 총량을 감소시킴으로써 향상된 생분해 및 비용 절감의 양자에 영향을 주었다.
뿐만 아니라, d-tie는 금속 촉매를 결합 수지(즉, 에틸렌-코-말레산 무수물)에 첨가하여 분해성 결합 층 생성물을 제조하는 것을 수반하는, 본 발명자들의 개발이다.
장벽 층을 포함하는 라미네이트를 형성하는 바람직한 방법은 압출 피복을 이용한다. 상기 방법은 단면(1-S) 피복 및 양면(2-S) 피복의 양자로 적용될 수 있다. PLA 또는 PHA의 원하는 피복 중량은 8 내지 20 파운드/3000 평방 피트이다.
압출된 PHA 및 PLA 중합체의 접착을 촉진하기 위해, 하도가 포함된다. 하도가 적용되고 압출기 스테이션에 앞서 수분을 제거한다. 향상된 접착성으로, 보다 낮은 압출 피복 중량 및 증가된 선속도를 수득할 수 있다. 하도 물질의 예는 전분, 대두 단백질, 폴리비닐 아세테이트 및 폴리비닐 알코올의 수용액 또는 에멀션을 포함한다. 하도의 전형적인 피복 중량은 0.5 내지 5 파운드/3000 평방 피트의 범위이다.
PHA 및 PLA의 상대적인 단가를 감소시키기 위해 첨가제 및 충전제가 사용될 수 있다. 바람직한 첨가제는 탄산 칼슘, 탈크, 규조토 및 점토이다. 이들 충전제의 바람직한 양은 일반적으로 5 내지 20 중량%이다.
PHA의 경우, 그 유리 전이 온도(Tg)는 일반적으로 실온보다 낮다. 바람직한 점착방지 물질은 에루카미드, 탄산 칼슘 및 탈크를 포함한다. 이들 물질은 0.1 내지 5 중량%로 배합되어 표면에 "블루밍(bloom)"한다. 이는 중합체가 계속 결정화하는 동안 점착을 방해하는 미세한 요철을 형성한다.

Claims (73)

  1. 외부 표면과 내부 표면을 갖는 기판;
    상기 기판을 그 라미네이트 주위의 액체 및 수증기로부터 보호하기 위해 상기 기판의 상기 외부 표면 위에 배치된 중합체성 보호 층;
    상기 기판 및 외부 환경으로부터 습기를 차단하기 위해 상기 기판의 상기 내부 표면 위에 배치된 습기 보호 층;
    상기 습기 보호 층 위에 배치된 산소 장벽 층 및 분해성 결합 층 중의 하나 (상기 산소 장벽 층은 상기 습기 장벽 층이 산소 장벽이 아닐 경우에 존재하고, 접착성을 증가시키기 위한 상기 분해성 결합 층은 상기 습기 보호 층이 산소 장벽일 경우에 존재한다); 및
    상기 산소 장벽 층 또는 상기 분해성 결합 층 위에 배치된, 증기, 액체 및 고체 내용물에 의한 침투를 방지하기 위한 제품 접촉 층을 포함하는,
    산소 장벽 성질을 갖는 라미네이트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기판이 판지인 라미네이트.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 판지가 표백된 크라프트 시트, 무표백의 크라프트 시트, 표백된 판지, 및 무표백의 판지로 이루어진 군에서 선택되는 라미네이트.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 중합체성 보호 층이 인쇄 매체로 작용하는 라미네이트.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 중합체성 보호 층이 분해성 폴리올레핀, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리젖산 및 생분해성 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 라미네이트.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 중합체성 보호 층이 5 내지 20 파운드/3000 평방 피트의 막 피복 중량을 갖는 라미네이트.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 분해성 폴리올레핀이 전이 금속 카르복실레이트 촉매 및 폴리올레핀의 배합물인 라미네이트.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 폴리올레핀이 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택되는 라미네이트.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 전이 금속 카르복실레이트 촉매가 철, 카드뮴, 코발트 및 망간으로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 라미네이트.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 습기 보호 층이 분해성 폴리올레핀, 폴리히드록시알 카노에이트 및 폴리젖산으로 이루어진 군에서 선택되는 라미네이트.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 습기 보호 층이 5 내지 20 파운드/3000 평방 피트의 막 피복 중량을 갖는 라미네이트.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 습기 보호 층이 산소 장벽인 라미네이트.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 산소 장벽이 폴리비닐 알코올, 생분해성 폴리에스테르, 폴리히드록시알카노에이트 및 폴리젖산으로 이루어진 군에서 선택된 중합체로부터 형성되는 라미네이트.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 산소 장벽이 5 내지 20 파운드/3000 평방 피트의 막 피복 중량을 갖는 라미네이트.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 산소 장벽 층을 포함하고, 상기 산소 장벽 층이 폴리비닐 알코올을 포함하는 라미네이트.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 폴리비닐 알코올이 2 내지 15 파운드/3000 평방 피트의 막 피복 중량을 갖는 라미네이트.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 분해성 결합 물질을 포함하고, 상기 분해성 결합 물질이 전이 금속 카르복실레이트 촉매 및 말레산 무수물 작용기를 갖는 폴리에틸렌을 포함하는 라미네이트.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 분해성 폴리에틸렌이 말레산 무수물 작용기를 갖는 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 선형 저밀도 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 라미네이트.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 전이 금속 카르복실레이트 촉매가 철, 카드뮴, 코발트 및 망간으로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 라미네이트.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 분해성 결합 층을 포함하며, 상기 분해성 결합 층이 2 내지 5 파운드/3000 평방 피트의 막 피복 중량을 갖는 라미네이트.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 제품 접촉 층이 5 내지 20 파운드/3000 평방 피트의 피복 중량을 갖는 라미네이트.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 제품 접촉 층이 분해성 폴리올레핀, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리젖산 및 생분해성 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택된 중합체를 포함하는 라미네이트.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 산소 장벽 층을 포함하고,
    상기 습기 보호 층 및 상기 제품 접촉 층 중 적어도 하나가 분해성 폴리올레핀을 포함하는 dPE 층이며;
    dTie 층이 상기 dPE 층과 상기 산소 장벽 층 사이에, 상기 dPE 층과 상기 산소 장벽 층 사이의 접착을 증가시키기 위해 배치되어 있는 라미네이트.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 습기 보호 층 및 상기 제품 접촉 층이 둘 다 분해성 폴리올레핀을 포함하는 dPE 층이고;
    제1 dTie 층이 상기 제품 접촉 층과 상기 산소 장벽 층의 사이에 배치되어 있으며;
    제2 dTie 층이 상기 습기 보호 층과 상기 산소 장벽 층의 사이에 배치되어 있는 라미네이트.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 dPE 층이 전이 금속 촉매 및 폴리올레핀을 포함하는 라미네이트.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 폴리올레핀이 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리스티렌으로 이루어진 군에서 선택되는 라미네이트.
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 전이 금속 촉매가 철, 카드뮴, 코발트 및 망간으로 이루어진 군에서 선택되는 라미네이트.
  28. 제 23 항에 있어서, 상기 습기 보호 층 및 상기 제품 접촉 층이 dPE 및 PHA로 이루어진 군에서 선택된 분해성 중합체를 포함하는 라미네이트.
  29. 제 23 항에 있어서, 상기 습기 보호 층 및 상기 제품 접촉 층 각각이 5 내지 20 파운드/3000 평방 피트의 피복 중량을 갖는 라미네이트.
  30. 제 23 항에 있어서, 상기 산소 장벽 층이 폴리비닐 알코올, 폴리히드록시알카노에이트 및 폴리젖산으로 이루어진 군에서 선택되는 라미네이트.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 산소 장벽 층이 2 내지 15 파운드/3000 평방 피트의 피복 중량을 갖는 라미네이트.
  32. 외부 표면 및 내부 표면을 갖는 기판;
    상기 기판의 상기 외부 표면 위에 배치된 제1 분해성 폴리올레핀 층;
    폴리에스테르, 폴리비닐 알코올, 폴리히드록시알카노에이트 및 폴리젖산으로 이루어진 군에서 선택된 생분해성 중합체를 포함하는 상기 기판의 상기 내부 표면 위에 배치된 습기 보호 층;
    상기 습기 보호 층 위에 배치된 분해성 결합 층; 및
    상기 분해성 결합 층 위에 배치된 제2 분해성 폴리올레핀 층을 포함하는,
    산소 장벽 성질을 갖는 라미네이트.
  33. 외부 표면 및 내부 표면을 갖는 기판;
    상기 기판의 상기 외부 표면 위에 배치되고 폴리히드록시알카노에이트 및 폴리젖산으로 이루어진 군에서 선택된 중합체를 포함하는 중합체성 보호 층;
    상기 기판의 상기 내부 표면 위에 배치된 생분해성 폴리에스테르 층; 및
    상기 생분해성 폴리에스테르 층 위에 배치되고 폴리히드록시알카노에이트 및 폴리젖산으로 이루어진 군에서 선택된 중합체를 포함하는, 침투를 저지하기 위한 제품 접촉 층을 포함하는,
    산소 장벽 성질을 갖는 라미네이트.
  34. 외부 표면 및 내부 표면을 갖는 기판;
    상기 기판의 상기 외부 표면 위에 배치된 제1 생분해성 폴리에스테르 층;
    상기 기판의 상기 내부 표면 위에 배치되고 폴리히드록시알카노에이트 및 폴리젖산으로 이루어진 군에서 선택된 생분해성 중합체를 포함하는 습기 보호 층;
    상기 습기 보호 층 위에 배치된 분해성 결합 층; 및
    상기 분해성 결합 층 위에 배치된 제2 생분해성 폴리에스테르 층을 포함하 는,
    산소 장벽 성질을 갖는 라미네이트.
  35. 외부 표면 및 내부 표면을 갖는 기판;
    상기 기판의 상기 외부 표면 위에 배치되고 폴리히드록시알카노에이트 및 폴리젖산으로 이루어진 군에서 선택된 중합체를 포함하는 중합체성 보호 층;
    상기 기판의 상기 내부 표면 위에 배치된 폴리비닐 알코올 층; 및
    상기 폴리비닐 알코올 층 위에 배치되고 폴리히드록시알카노에이트 및 폴리젖산으로 이루어진 군에서 선택된 중합체를 포함하는 침투를 저지하기 위한 제품 접촉 층을 포함하는,
    산소 장벽 성질을 갖는 라미네이트.
  36. 외부 표면 및 내부 표면을 갖는 기판;
    상기 기판의 상기 외부 표면 위에 배치된 제1 분해성 폴리올레핀 층;
    상기 기판의 상기 내부 표면 위에 배치되고 폴리히드록시알카노에이트, 폴리젖산 및 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택된 생분해성 중합체를 포함하는 습기 보호 층;
    상기 습기 보호 층 위에 배치된 제1 분해성 결합 층;
    상기 제1 분해성 결합 층 위에 배치된 제2 분해성 폴리올레핀 층;
    상기 제2 분해성 폴리올레핀 층 위에 배치된 제3 분해성 폴리올레핀 층;
    상기 제3 분해성 폴리올레핀 층 위에 배치된 제2 분해성 결합 층;
    상기 제2 분해성 결합 층 위에 배치된 폴리비닐 알코올 층;
    상기 폴리비닐 알코올 층 위에 배치된 제3 분해성 결합 층; 및
    상기 제3 분해성 결합 층 위에 배치된 제2 분해성 폴리올레핀 층을 포함하는,
    산소 장벽 성질을 갖는 라미네이트.
  37. 외부 표면 및 내부 표면을 갖는 기판;
    상기 기판의 상기 외부 표면 위에 배치된 제1 생분해성 폴리에스테르 층;
    상기 기판의 상기 내부 표면 위에 배치되고 폴리히드록시알카노에이트 및 폴리젖산으로 이루어진 군에서 선택된 중합체를 포함하는 제1 습기 보호 층;
    상기 제1 습기 보호 층 위에 배치된 제1 분해성 결합 층;
    상기 제1 분해성 결합 층 위에 배치된 제2 생분해성 폴리올레핀 층;
    상기 제2 생분해성 폴리에스테르 층 위에 배치된 제3 생분해성 폴리에스테르 층;
    상기 제3 생분해성 폴리에스테르 층 위에 배치된 제2 분해성 결합 층;
    상기 제2 분해성 결합 층 위에 배치되고 폴리비닐 알코올, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리젖산 및 생분해성 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택된 생분해성 중합체를 포함하는 제2 산소 장벽 층;
    상기 제 2 습기 보호 층 위에 배치된 제3 분해성 결합 층; 및
    상기 제3 분해성 결합 층 위에 배치된 제4 폴리에스테르 층을 포함하는,
    산소 장벽 성질을 갖는 라미네이트.
  38. 외부 표면 및 내부 표면을 갖는 기판;
    상기 기판의 상기 외부 표면 위에 배치되고 폴리히드록시알카노에이트 및 폴리젖산으로 이루어진 군에서 선택된 중합체를 포함하는 중합체성 보호 층;
    상기 기판의 상기 내부 표면 위에 배치된 제1 폴리비닐 알코올 층;
    상기 제1 폴리비닐 알코올 층 위에 배치되고 폴리히드록시알카노에이트 및 폴리젖산으로 이루어진 군에서 선택된 생분해성 중합체를 포함하는 습기 보호 층;
    상기 습기 보호 층 위에 배치된 제2 폴리비닐 알코올 층; 및
    상기 제2 폴리비닐 알코올 층 위에 배치되고 폴리히드록시알카노에이트 및 폴리젖산으로 이루어진 군에서 선택된 중합체를 포함하는 제품 접촉 층을 포함하는,
    산소 장벽 성질을 갖는 라미네이트.
  39. 외부 표면 및 내부 표면을 갖는 기판;
    상기 기판의 상기 표면 위에 배치된 제1 분해성 폴리올레핀 층;
    상기 기판의 상기 내부 표면 위에 배치되고 폴리히드록시알카노에이트 및 폴리젖산으로 이루어진 군에서 선택된 중합체를 포함하는 중합체성 보호 층;
    상기 중합체성 보호 층 위에 배치된 제1 폴리비닐 알코올 층;
    상기 제1 폴리비닐 알코올 층 위에 배치된 제1 분해성 결합 층;
    상기 제1 분해성 결합 층 위에 배치된 제2 분해성 폴리올레핀 층;
    상기 제2 분해성 폴리올레핀 층 위에 배치된 제2 분해성 결합 층;
    상기 제2 분해성 결합 층 위에 배치된 제2 폴리비닐 알코올 층;
    상기 제2 폴리비닐 알코올 층 위에 배치된 제3 분해성 결합 층; 및
    상기 제3 분해성 결합 층 위에 배치된 제3 분해성 폴리올레핀 층을 포함하는,
    산소 장벽 성질을 갖는 라미네이트.
  40. 외부 표면 및 내부 표면을 갖는 기판;
    상기 기판의 상기 외부 표면 위에 배치된 제1 분해성 폴리올레핀 층;
    상기 기판의 상기 내부 표면 위에 배치된 폴리비닐 알코올 층;
    상기 폴리비닐 알코올 층 위에 배치된 제1 분해성 결합 층;
    상기 제1 분해성 결합 층 위에 배치된 제2 분해성 폴리올레핀 층;
    상기 제2 분해성 폴리올레핀 층 위에 배치된 제3 분해성 폴리올레핀 층;
    상기 제3 분해성 폴리올레핀 층 위에 배치된 제2 분해성 결합 층;
    상기 기판의 상기 내부 표면 위에 배치되고, 폴리비닐 알코올, 폴리히드록시알카노에이트 및 폴리젖산으로 이루어진 군에서 선택된 생분해성 폴리에스테르를 포함하는 습기 보호 층;
    상기 습기 보호 층 위에 배치된 제3 분해성 결합 층; 및
    상기 제3 분해성 결합 층 위에 배치된 제4 분해성 폴리올레핀 층을 포함하는,
    산소 장벽 성질을 갖는 라미네이트.
  41. 제품에 접촉하는 내부 표면을 갖는 기판; 및
    상기 기판의 상기 내부 표면 위에 배치되고 분해성 폴리올레핀, 폴리히드록시알카노에이트 및 폴리젖산, 및 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택된 분해성 중합체를 포함하는 습기 보호 층을 포함하는,
    습기 장벽을 형성하기 위한 라미네이트.
  42. 제 41 항에 있어서, 상기 습기 보호 층이 5 내지 30 파운드/3000 평방 피트의 피복 두께를 갖는 라미네이트.
  43. 제 41 항에 따르는 라미네이트를 포함하는, 뜨거운 액체용 음료 컵.
  44. 제품에 접촉하는 내부 표면 및 외부 표면을 갖는 기판; 및
    상기 기판의 상기 내부 표면 위에 배치되고, 분해성 폴리올레핀, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리젖산, 및 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택된 분해성 중합체를 포함하는 제1 습기 보호 층; 및
    상기 기판의 상기 외부 표면 위에 배치되고 분해성 폴리올레핀, 폴리히드록 시알카노에이트 및 폴리젖산, 및 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택된 분해성 중합체를 포함하는 제2 습기 보호 층을 포함하는,
    습기 장벽을 형성하기 위한 라미네이트.
  45. 제 44 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 습기 보호 층 각각이 5 내지 30 파운드/3000 평방 피트의 피복 두께를 갖는 라미네이트.
  46. 제 44 항에 따르는 라미네이트를 포함하는, 차가운, 습기-민감한 내용물을 위한 포장.
  47. 제 44 항에 따르는 라미네이트를 포함하는, 비-산소 민감성 제품을 보관하기 위한 박공 지붕 상자.
  48. 제 37 항에 있어서, 상기 비-산소 민감성 제품이 저온살균된 우유인 박공 지붕 상자.
  49. 제 44 항에 따르는 라미네이트를 포함하는, 비-산소 민감성 제품을 보관하기 위한 파우치 지붕 상자.
  50. 제 1 항에 있어서, 상기 층의 적어도 하나가 분해 속도를 증가시키기 위해 탄산 칼슘을 포함하는 라미네이트.
  51. 제 1 항에 있어서, 상기 층의 적어도 하나가 분해 속도를 증가시키기 위해 충전제를 포함하고, 상기 충전제가 전분, 점토, 카올린, 탈크, 셀룰로오스 섬유 및 규조토로 이루어진 군에서 선택되는 라미네이트.
  52. 제 1 항에 있어서, 상기 층의 적어도 하나가 저분자량 생성물을 제거하기 위한 산화방지제를 포함하는 라미네이트.
  53. 제 52 항에 있어서, 상기 산화방지제가 비타민 E 및 테트라키스-(메틸렌-(3,5-디-t-부틸-4-히드로신나메이트)메탄으로 이루어진 군에서 선택되는 라미네이트.
  54. 제 52 항에 있어서, 상기 산화방지제가 상기 층 중 임의의 주어진 층의 5 중량% 이하를 형성하는 라미네이트.
  55. 제 1 항에 있어서, 상기 층의 적어도 하나가 저분자량 생성물을 제거하기 위한 제올라이트를 포함하는 라미네이트.
  56. 제 55 항에 있어서, 상기 제올라이트가 상기 층 중 임의의 주어진 층의 5 중 량% 이하를 형성하는 라미네이트.
  57. 제 1 항에 있어서, 상기 분해성 결합 층을 포함하고, 상기 분해성 결합 층이 금속 촉매 및 결합 수지를 포함하는 라미네이트.
  58. 제 57 항에 있어서, 상기 결합 수지가 에틸렌-코-말레산 무수물인 라미네이트.
  59. 표면을 갖는 기판을 제공하고;
    상기 기판의 상기 표면 위에 장벽 층을 압출시키는 것을 포함하며, 상기 장벽 층이 폴리젖산 및 폴리히드록시알카노에이트로 이루어진 군에서 선택된 분해성 물질을 포함하는,
    장벽 성질을 갖는 생분해성 종이 제품의 제조 방법.
  60. 제 59 항에 있어서, 상기 분해성 물질의 피복중량을 8 내지 20 파운드/3000 평방 피트 범위 내로 조절하는 것을 더 포함하는 방법.
  61. 제 59 항에 있어서, 상기 기판의 반대 면 위에 제2 장벽 층을 압출시키는 것을 더 포함하고, 상기 제2 장벽 층이 폴리젖산 및 폴리히드록시알카노에이트로 이루어진 군에서 선택된 분해성 물질을 포함하는 방법.
  62. 제 59 항에 있어서, 압출 단계 전에 상기 기판에 하도를 적용하는 것을 더 포함하는 방법.
  63. 제 62 항에 있어서,
    수성 하도를 하도로 사용하고;
    압출 단계 직전에 상기 수성 하도로부터 수분을 제거하는 것을 더 포함하는 방법.
  64. 제 62 항에 있어서, 전분 에멀션, 대두 단백질 에멀션, 폴리비닐 아세테이트 및 폴리비닐 알코올로 이루어진 군에서 상기 하도를 선택하는 것을 더 포함하는 방법.
  65. 제 62 항에 있어서, 상기 하도의 피복중량을 0.5 내지 5 파운드/3000 평방 피트 범위로 조절하는 것을 더 포함하는 방법.
  66. 제 61 항에 있어서, 압출 단계 전에 상기 분해성 물질에 충전제를 가하는 것을 더 포함하는 방법.
  67. 제 66 항에 있어서, 탄산 칼슘, 탈크, 규조토 및 점토로 이루어진 군에서 상 기 충전제를 선택하는 것을 더 포함하는 방법.
  68. 제 66 항에 있어서, 상기 분해성 물질 중 상기 충전제의 양을 5 내지 20 중량% 범위로 조절하는 것을 더 포함하는 방법.
  69. 제 59 항에 있어서, 폴리히드록시알카노에이트가 상기 분해성 물질일 경우, 압출 단계 후에 상기 장벽 층에 점착방지 물질을 가하는 것을 더 포함하는 방법.
  70. 제 69 항에 있어서, 에루카미드, 탄산 칼슘 및 탈크로 이루어진 군에서 상기 점착방지 물질을 선택하는 것을 더 포함하는 방법.
  71. 제 69 항에 있어서, 상기 점착방지 물질의 양을 0.1 내지 5 중량%의 범위로 조절하는 것을 더 포함하는 방법.
  72. 제 44 항에 따르는 라미네이트를 포함하는 접는 상자.
  73. 제 44 항에 따르는 라미네이트를 포함하는 골판지 상자.
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