KR20090026996A - 가스차단성 성형체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스차단성 성형체를 제공하는바, 멜라민 분자 간의 수소결합을 통해 형성된 결정성 박막층을 포함하는 다양한 식품포장용 포장재 또는 포장용기와 같은 성형체를 제공한다.

멜라민*결정*가스 차단*용기

Description

가스차단성 성형체{Products having gas-barrier properties}

본 발명은 가스 차단 성능이 발현되는 성형체, 특히 플라스틱 재질의 병 등을 제조함에 있어서 산소 및 이산화탄소의 투과를 차단할 수 있는 필름, 플레이트 또는 용기 형태의 성형체에 관한 것이다.

폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등과 같은 플라스틱 재료를 포함하여 얻어진 용기 또는 용기의 일부분은 음료, 식품재료 및 진단 물질과 같은 의료용 액체 또는 고체와 같은 재료들의 저장, 보관 및 운반을 위해 널리 이용되고 있다. 이와 같은 플라스틱 재료로는 폴리에스테르, 폴리카보네이트 또는 폴리올레핀계 수지 등을 들 수 있다. 이러한 전통적인 플라스틱 재료들은 산소 및 이산화탄소와 같은 가스의 투과도가 높아서 포장된 재료들의 저장 수명 및 품질에 영향을 주고 있다. 특히 탄산음료와 같은 특정 재료들의 저장 수명이 상기와 같은 높은 가스투과도로 인하여 단축될 수 있다. 특히 고온 및/또는 고습 조건에서는 상기의 가스투과도가 더욱 높아지므로 전통적인 플라스틱 재료를 이용한 저장 용기는 많은 문제점을 갖고 있었 다.

이러한 문제를 개선하기 위한 최근의 기술은 하이드록시 관능성 폴리에테르아민 등을 포함하는 코팅 조성물을 분산액 또는 용해액 형태로 제공하며, 이를 다양한 용기 제조 공정에 이용할 수 있도록 특정의 첨가물을 제공하고 있다. 그 일예로 대한민국 공개특허 제2001-0037430호에 기재된 기술을 들 수 있다.

또 다른 일예로, 몬모릴로나이트, 라포나이트, 유기-몬모릴로나이트 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 층상 광물질을 가스차단층 내에 포함시킨 가스차단 코팅 조성물과 이를 이용한 중합체 필름 및 성형된 용기에 관한 기술도 있다. 이는 대한민국 공개특허 제2001-0102147호에 기재되어 있다.

그러나 이러한 기술들은 다양한 조성물을 이용하며 또한 경화 공정과 같은 화학적 반응을 수반하는 과정을 거친다. 또한 분무 후 건조와 같은 추가의 공정을 요구하고 있으며, 실질적으로 산소 또는 이산화탄소와 같은 가스에 대한 차단 성능이 우수하게 발현되어도 상대적으로 복잡한 제조 공정 및 고가의 생산 비용으로 인해 실현이 용이하지 않은 문제점이 있다.

본 발명은 가스 차단 특성을 향상시킨 성형체를 제공하고자 한다.

본 발명은 또한 가스 차단 특성을 향상시킨 플라스틱 재질의 성형체를 제공하고자 한다.

본 발명은 또한 가스 차단 특성을 향상시킨 금속층을 포함한 성형체를 제공하고자 한다.

본 발명은 용이한 방법으로 가스 차단 특성을 향상시킨 성형체를 제공하고자 한다.

본 발명의 한 구현예에서는 멜라민계 초분자(supramolecular)의 수소결합에 의해 연속된 결정성 박막층을 포함하는 가스차단성 성형체를 제공한다.

본 발명의 다른 한 구현예에서는 제 1 플라스틱층; 멜라민계 초분자(supramolecular)의 수소결합에 의해 연속된 결정성 박막층; 및 제2 플라스틱층을 포함하는 가스차단성 성형체를 제공한다.

본 발명의 다른 한 구현예에서는 플라스틱층; 멜라민계 초분자(supramolecular)의 수소결합에 의해 연속된 결정성 박막층; 및 금속층을 포함하는 가스차단성 성형체를 제공한다.

본 발명의 다른 한 구현예에서는 금속층; 멜라민계 초분자(supramolecular)의 수소결합에 의해 연속된 결정성 박막층; 및 금속층을 포함하는 가스차단성 성형체를 제공한다.

본 발명의 구현예들에 따른 가스차단성 성형체에 있어서, 성형체는 필름, 플레이트 및 용기 중 선택된 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 구현예들에 따른 가스차단성 성형체에 있어서, 성형체는 사출 성 형, 압출 성형 및 블로우 성형 중에서 선택된 어느 하나의 성형방법에 의해 성형된 것일 수 있다.

본 발명의 구현예들에 따른 가스차단성 성형체에 있어서, 결정성 박막층은 분무 도포 또는 증착을 통해 형성된 것일 수 있다.

본 발명의 구현예들에 따른 가스차단성 성형체에 있어서, 결정성 박막층은 두께가 30nm 이상인 것일 수 있다.

본 발명의 한 구현예에 따른 가스차단성 성형체에 있어서, 제 1 플라스틱층과 제 2 플라스틱층은 서로 같거나 다른 재질의 것일 수 있다.

본 발명의 한 구현예에 따른 가스차단성 성형체에 있어서, 제 2 플라스틱층은 기능성층인 것일 수 있다.

본 발명의 한 구현예에 따른 가스차단성 성형체에 있어서, 제 1 플라스틱층은 열가소성 수지 포함층일 수 있다.

본 발명의 한 구현예에 따른 가스차단성 성형체에 있어서, 제 1 플라스틱층은 폴리에스터계, 폴리카보네이트계 또는 폴리올레핀계 수지 포함층일 수 있다.

본 발명의 한 구현예에 따른 가스차단성 성형체에 있어서, 기능성층은 가스차단 또는 수분차단의 기능을 수행하는 것일 수 있다.

본 발명의 구현예들에 따른 가스차단성 성형체에 있어서, 금속층은 알루미늄 또는 철 포함층일 수 있다.

본 발명에 따르면 멜라민 분자들 사이의 초분자 상호작용, 즉 수소결합을 통해 결정성을 띠는 박막층을 가짐으로써 층의 치수안정성은 물론이고 층간의 결합력을 보장할 수 있는 가스차단층이 형성되어, 산소나 이산화탄소 등의 가스차단성이 요구되는 다양한 식품 포장재 또는 용기 등과 같은 성형체를 제공할 수 있다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 가스차단성 성형체는 멜라민계 초분자(supramolecular)의 수소결합에 의해 연속된 결정성 박막층(이하, 멜라민계 결정성 박막층이라 약칭한다.)을 포함하는 것으로, 멜라민계 화합물은 한 분자가 전자 주게(electron donor)와 전자 받게(electron acceptor)로 작용하는 분자 구조적 특징을 가짐으로써, 초분자(supramolecular)를 형성하며 이들은 수소결합을 통해 연속되어 박막을 형성할 수 있다. 형성된 박막은 초분자의 수소결합에 의해 서로서로 연결되어 2차원적 수소결합된 망상구조(network)를 형성함으로써 궁극적으로는 결정(crystal)에 가까운 분자 배열 상태를 가질 수 있다. 이로써 산소 또는 이산화탄소 등과 같은 가스 분자의 투과를 차단하는 특성을 발휘할 수 있다.

더욱이 멜라민계 결정성 박막층은 그 분자 구조상 나타내는 특성인 강력한 수소결합을 통해, 연신, 사출 등의 과정에서 자연적으로 분자 배열이 일정해지는 특성을 가진다. 이러한 일정한 분자 배열 상태가 산소, 이산화탄소 등과 같은 가스의 투과를 차단하는 역할을 하게 된다. 또한 강력한 수소결합 특성은 플라스틱 재 료 또는 금속 재료의 표면과 멜라민계 결정성 박막층의 격리를 방지하는 효과를 유도한다.

이와 같은 기능을 할 수 있는 멜라민계 결정성 박막층은 분무 도포 또는 증착을 통해 형성될 수 있으며, 그 방법에 각별히 한정이 있는 것은 아니다. 일예로 진공 열증착의 방법을 통해 멜라민계 결정성 박막층은 형성될 수 있는데, 진공 열증착 방법에 각별한 한정이 있는 것은 아니다. 일예로 압력 10^-5torr 이상이고 10 내지 300℃의 온도 조건이 만족되는 진공 챔버 내에서 바람직하게 열증착이 이루어질 수 있다.

가스차단성을 발현하기 위한 멜라민계 결정성 박막층의 최소 두께는 10nm 이상일 수 있으며, 최대 두께는 성형체의 종류나 성형체 제조에 사용되는 기재의 가스차단성, 또는 성형체의 용도 등을 고려하여 달라질 수 있다.

본 발명에 따른 가스차단성 성형체는 이와 같은 멜라민계 결정성 박막층을 갖는 것이라면 그 구조 또는 성형체의 종류 등에 각별히 한정이 있는 것은 아니나, 일예로 성형체는 제 1 플라스틱층; 멜라민계 결정성 박막층; 및 제 2 플라스틱층을 포함하는 성형체일 수 있다.

이때 제 1 플라스틱층과 제 2 플라스틱층은 그 재질이 서로 같거나 다를 수 있고, 그 기능 또한 같거나 다를 수 있는데, 특히 제 2 플라스틱층은 기능성층일 수 있다. 여기서 기능성이라 함은 가스 차단 또는 수분 차단의 기능인 것이 보다 가스차단성을 더 향상시킬 수 있는 점에서 바람직할 수 있다.

플라스틱층을 이루는 기재들에는 각별히 한정이 있는 것은 아니며, 통상 식품 포장재료 및 용기 성형 등에 유용하게 사용되는 열가소성 수지 포함 재료일 수 있고, 일예로 폴리에틸렌테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 환상 올레핀 공중합체, 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀계 수지 등을 들 수 있다. 이들 수지는 단독 또는 혼합하여 플라스틱층을 형성할 수 있다.

다른 예로서 본 발명의 가스차단성 성형체는 플라스틱층; 멜라민계 초분자(supramolecular)의 수소결합에 의해 연속된 결정성 박막층; 및 금속층을 포함할 수 있다. 여기서의 플라스틱층은 상술한 것과 같은 플라스틱층을 이루는 기재로부터 얻어진 것일 수 있으며, 이에 각별히 한정이 있는 것은 아니다.

여기서 금속층은 알루미늄 또는 철 포함층일 수 있으며, 이와 같은 구조를 포함하는 경우, 멜라민계 결정성 박막층은 외부로부터의 산소나 이산화탄소의 차단 특성을 발휘함은 물론이고 내부로부터의 가스를 외부로 배출시키기 않는 기능을 수행할 수 있다.

다른 일예로 본 발명의 가스차단성 성형체는 금속층; 멜라민계 초분자(supramolecular)의 수소결합에 의해 연속된 결정성 박막층; 및 금속층을 포함할 수 있는데, 이와 같은 경우 멜라민계 결정성 박막층은 금속층의 가스차단 성능을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다.

이상의 구조를 갖는 성형체들은 필름, 플레이트 또는 병을 비롯한 다양한 용기의 형태로 성형된 것일 수 있는데, 그 성형체의 제조방법에 있어서는 사출 성형, 압출 성형 또는 블로우 성형 등 어느 방법을 사용할 수 있다.

일예로 2개 이상의 사출기를 구비한 사출성형기 및 금형을 이용하여 사출용 프리폼 금형의 형상에 상술한 다양한 구현예들에 따른 구조를 대응시켜 저부 및 구부를 가지는 다층 프리폼을 제조할 수 있다. 이러한 프리폼은 블로우 성형을 통해 용기로 제조될 수 있다.

블로우 성형을 통해 용기를 제조하는 방법은 블로우 성형 금형을 이용하는 방법 및 2축 연신법 등과 같은 통상의 방법에 따를 수 있으며, 그 한정이 있는 것은 아니다.

본 발명에 따른 가스차단성 성형체 제조의 다른 예로, 기 제조된 성형체의 표면에 진공 열증착법에 의해 박막의 형태로 멜라민계 결정성 박막층을 형성시키는 방법을 들 수 있다. 기 제조된 포장재료는 플라스틱 재료 또는 금속 재료를 포함할 수 있다.

또한 멜라민계 결정성 박막층을 기 성형된 성형체의 표면에 형성시킨 다음, 다른 플라스틱재료 또는 금속 재료를 합지 또는 라미네이션 등의 방법을 통해 멜라민계 결정성 박막층 상에 형성할 수 있는데, 이는 멜라민계 결정성 박막층의 손상을 예방함과 동시에 열수축성, 접착성 등과 같은 특정한 기능을 부여할 수 있다. 또는 그 반대로 열수축, 접착 등과 같은 특정한 기능을 가지는 플라스틱 또는 금속 재료의 표면에 멜라민계 결정성 박막층을 형성시킨 후 합지 또는 라미네이션 등과 같은 방법으로 또 다른 재료를 재차 형성시킴으로써 멜라민계 결정성 박막층이 포함된 성형체를 얻을 수 있다.

멜라민계 결정성 박막층 형성의 다른 예로, 멜라민계 결정성 박막층이 형성된 다층 구조의 플라스틱 재료를 용기에 열처리를 통해 부착함으로써 멜라민계 결정성 박막층이 형성된 성형체를 제조할 수 있다. 이때는 플라스틱 재료는 열수축 필름과 같은 특성을 가진 것을 기재로 포함하는 것일 수 있다.

멜라민계 결정성 박막층 형성의 또 다른 예로는, 기 제조된 용기의 표면에 멜라민계 결정성 박막층을 제공한 후에, 열가소성 수지, 그 일예로 폴리에틸렌테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 환상 올레핀계 공중합체, 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀계 수지 등을 도포하는 방법을 통해 성형체를 완성할 수 있다. 이때의 멜라민계 결정성 박막층은 진공 열증착과 같은 방법을 통해 형성시킬 수 있다. 용기 상에 멜라민계 결정성 박막층을 균일하게 형성하기 위해서는 용기를 회전시키면서 증착을 수행하는 것이 바람직할 수 있다.

이상과 같은 다양한 방법에 의해 멜라민계 결정성 박막층을 포함하는 성형체를 제조할 수 있는데, 일예로 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 표면에 멜라민계 결정성 박막층을 2000nm 두께로 형성할 경우, 멜라민계 결정성 박막층을 갖지 않은 경우보다 산소투과율이 1/100로 감소하는 경향을 보인다. 이는 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 상에 알루미늄과 같은 금속 박막층을 형성한 경우와 비교하여 볼 때 최대 약 30% 정도 감소된 산소투과율을 보이는 결과이다.

또한 멜라민계 결정성 박막층을 38nm로 형성한 이축배향 폴리프로필렌(BOPP) 의 경우는 멜라민계 결정성 박막층이 형성되지 않은 경우에 비하여 산소투과율이 1/80로 줄어든다.

이와 같이 멜라민계 결정성 박막층은 높은 가스차단성을 나타내는 것으로, 이러한 것을 멜라민의 결정성에 기인한 것이며, 이는 초분자 상호작용, 즉 멜라민 분자 간의 수소결합은 층의 치수안정성과 다른 층과의 우수한 접착력을 보증할 수 있다. 따라서 가스차단성이 요구되는 다양한 식품포장용 포장재 또는 포장용기와 같은 다양한 성형체 제조에 유용할 수 있고, 또한 멜라민계 결정성 박막층 형성이 분무도포나 증착 등과 같은 용이한 방법에 의해 수행되므로 생산성 측면에서도 우수하다.

Claims (14)

1. 멜라민계 초분자(supramolecular)의 수소결합에 의해 연속된 결정성 박막층을 포함하는 가스차단성 성형체.
2. 제 1 플라스틱층;

   멜라민계 초분자(supramolecular)의 수소결합에 의해 연속된 결정성 박막층;및

   제 2 플라스틱층을 포함하는 가스차단성 성형체.
3. 플라스틱층;

   멜라민계 초분자(supramolecular)의 수소결합에 의해 연속된 결정성 박막층;및

   금속층을 포함하는 가스차단성 성형체.
4. 금속층;

   멜라민계 초분자(supramolecular)의 수소결합에 의해 연속된 결정성 박막층; 및

   금속층을 포함하는 가스차단성 성형체.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 성형체는 필름, 플레이트 및 용기 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가스차단성 성형체.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 성형체는 사출 성형, 압출 성형 및 블로우 성형 중에서 선택된 어느 하나의 성형방법에 의해 성형된 것임을 특징으로 하는 가스차단성 성형체.
7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 결정성 박막층은 분무 도포 또는 증착을 통해 형성된 것임을 특징으로 하는 가스차단성 성형체.
8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 결정성 박막층은 두께가 30nm 이상인 것임을 특징으로 하는 가스차단성 성형체.
9. 제 2 항에 있어서, 제 1 플라스틱층과 제 2 플라스틱층은 서로 같거나 다른 재질의 것임을 특징으로 하는 가스차단성 성형체.
10. 제 2 항 또는 제 9 항에 있어서, 제 2 플라스틱층은 기능성층인 것을 특징으로 하는 가스차단성 성형체.
11. 제 2 항 또는 제 9 항에 있어서, 제 1 플라스틱층은 열가소성 수지 포함층인 것임을 특징으로 하는 가스차단성 성형체.
12. 제 2 항 또는 제 9 항에 있어서, 제 1 플라스틱층은 폴리에스터계, 폴리카보네이트계 또는 폴리올레핀계 수지 포함층인 것임을 특징으로 하는 가스차단성 성형체.
13. 제 10 항에 있어서, 기능성층은 가스차단 또는 수분차단의 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 가스차단성 성형체.
14. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 금속층은 알루미늄 또는 철 포함층인 것임을 특징으로 하는 가스차단성 성형체.