KR20110035974A - 가스 차단 포장용 보드 - Google Patents

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KR20110035974A
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조지 엠. 폭스
듀웨인 엠. 쉐어러
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웨이어해유저 엔알 캄파니
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Abstract

반-방향족 반-결정질 나일론과 비정질 나일론의 블렌드를 포함하는 가스 차단층, 결속층 및 저밀도 폴리에틸렌층의 3개층 제품 면 구조를 가지는 판지 구조물.

Description

가스 차단 포장용 보드 {GAS BARRIER PACKAGING BOARD}
본 발명의 분야는 포장용 보드이다. 더욱 구체적으로는 카턴(carton) 및 컵으로 성형될 수 있는 포장용 보드이다.
판지 용기에서, 평평한 판지 중간제품(blank)은 맞접혀져서 횡단면이 사각형 또는 정사각형인 용기를 형성한다. 용기의 측면 단부는 함께 밀봉되어 최종 구조물을 형성한다. 판지의 외부 및 내부 표면들은 결합하여 용기를 형성하게 되는 열 밀봉재로 코팅된다. 전형적으로 이러한 열 밀봉재는 저밀도 폴리에틸렌이거나 판지에 손상을 주지 않고 밀봉하기에 충분히 낮은 용융점을 가지는 그 외 다른 물질이다.
판지 중 제품 면 위에는 판지와 내부 밀봉층 사이에 추가 재료층들이 존재한다. 이들 층들 중 하나는 통상적으로 가스 차단층(gas barrier layer)이다.
판지 포장 분야에서 가스 차단이 필요함은 공지이며 판지를 통한 가스 이동을 감소시키기 위한 많은 해결책들이 존재하여 왔다. 가스 이동량 및 가스 이동 속도는 사용되는 차단층 또는 차단층들의 유형에 따라 달라질 것이다. 가스 차단층은 판지위에서 적층되거나, 압출되거나, 공압출되어 가스 차단 성질을 가진 판지를 제공한다.
산소 투과성 이외에도, 차단 재료를 선택하는데 고려되는 다른 요인들이 존재한다. 사용되는 차단재의 유형 및 비용에 있어서 그리고 필요한 차단 성질을 얻는데 필요한 양에 있어서 비용이 하나의 요인이다. 재료의 층수 또는 적층수는 비용에 있어서 하나의 요인이다.
또다른 요인은 판지에 대한 재료의 부착성이다. 일부 재료들은 그 외 다른 재료들보다 더 잘 부착한다. 나일론과 같은 일부 재료들은 판지에 대한 부착성을 얻기 위한 특별한 보드 표면 처리를 필요로 한다. 종종 차단층을 판지에 부착시키기 위한 추가층들이 사용된다. 이것 또한 비용에 반영된다.
또다른 요인은 재료를 판지 위에 처리하기 위해 사용되는 다이(die)의 열이다. 종종 다이의 열은 가스 차단층을 까맣게 태우거나 차단층이 다이에 달라붙게 할 것이며, 이는 기계를 정지시키고 정지된 동안 다이는 세척된다. 몇몇 경우에 다이 립(die lip)으로부터 가스 차단층을 분리하기 위한 추가 재료층이 사용될 것이다.
공지된 하나의 산소 차단재는 메타-자일렌 디아민(meta-xylylene diamine)과 아디프산의 축합 중합체인, 반-방향족 나일론 MXD6이다. MXD6는 반-결정질 나일론이다. 불행하게도, MXD6는 압출 다이 립에 잘 달라붙으며, 이러한 압출 다이 립에 축적된 MXD6는 결국에는 까맣게 타게 된다.
또다른 요인은 판지에 대한 재료의 부착성이다. 일부 재료들은 그 외 다른 재료들보다 더 잘 부착한다. 나일론과 같은 일부 재료들은 판지에 대한 부착성을 얻기 위한 특별한 보드 표면 처리를 필요로 한다. 이 또한 비용에 반영된다. 공지된 산소 차단재인 비정질 나일론은 판지에 대하여 열등한 부착성을 가진다.
압출 또는 공압출은 적층(lamination)에 비해 보다 신속하고 보다 비용을 낮추어주는 공정이다. 공압출을 사용하면 적층 필름 및 관련 취급에 관한 비용 또한 없어진다.
나일론은 통상적으로 나일론층을 내부 밀봉층에 부착시키기 위한 부착층 또는 결속층(tie layer)을 필요로 한다. 특수한 처리없이도 판지에 부착되며 압출 다이를 까맣게 태우거나 압출 다이에 달라붙지 않는 가스 차단재를 제공함으로써 적층수를 감소시켜 비용면에서 효율적인 가스 차단 구조물을 보유하는 것이 유리할 것이다.
본 발명은 판지의 제품 면 위에 세 개의 재료층들을 가지며 나일론 MXD6와 비정질 나일론의 블렌드를 가스 차단재로서 사용하는 비용 효율적인 가스 차단 구조물에 직접 관련되어 있다.
도 1은 보드의 횡단면도이다.
기본 재료는 제 1 면 그리고 이러한 제 1 면의 맞은편에 제 2 면을 가지는 판지(12)이다. 제 1 면은 용기로 만들어질 때 판지의 외부면이다. 제 2 면은 용기로 만들어질 때 판지의 내부 또는 제품 면이다. 판지는 200 내지 500 g/m2의 중량을 가질 수 있다.
폴리올레핀층(10)은 판지의 외부 또는 제 1 표면에 처리된다. 전형적인 외부 폴리올레핀층(10)은 저밀도 폴리에틸렌이다. 이러한 층(10)은 우수한 프린트 표면을 제공한다. 선형 저밀도 폴리에틸렌보다 개선된 카턴 내구성이 필요한 경우, 메탈로센 촉매화 선형 저밀도 폴리에틸렌, 또는, 저밀도 폴리에틸렌과 선형 저밀도 폴리에틸렌이나 메탈로센 촉매화 선형 저밀도 폴리에틸렌의 블렌드가 사용될 수 있다. 이러한 수지들은 저밀도 폴리에틸렌 수지보다 더 단단하다. 층(10)은 평방 미터 당 14 내지 25 그램(g/m2)의 양으로 처리된다.
가스 차단층(14)은 판지(12)의 내부 또는 제 2 면에 직접 처리되는 제 1 면을 가진다. 가스 차단층과 판지 사이에는 추가 재료층이 없다. 가스 차단층(14)은 제 1 면의 맞은편에 제 2 면을 가진다.
가스 차단층(14)은 나일론 MXD6와 비정형 나일론의 블렌드이다.
나일론 MXD6는 나일론 사슬에 벤젠 고리를 가지는 반-방향족 나일론이다. 나일론 MXD6는 다음 식으로 나타내어지는 폴리아미드 수지이다:
Figure pat00001
여기서 n 은 10 내지 10,000이다.
하나의 비정질 나일론은 델라웨어주 윌밍톤의 DuPont Company 사로부터 상표명 Selar 3426으로 상업적으로 구입가능하다. Grivory G21은 EMS사로부터 구입가능한 유사한 수지이다. 그 외 다른 비정질 나일론 또한 사용될 수 있다.
Selar 비정질 나일론 코폴리머는 헥사메틸렌이소프탈아미드-헥사메틸렌 테레프탈아미드 코폴리머인 나일론 6I/6T이다. Selar 3426은 헥사메틸렌이소프탈아미드로부터 유래된 폴리머 단위체를 약 65 퍼센트 내지 약 80 퍼센트 가지는, 헥사메틸렌이소프탈아미드-헥사메틸렌 테레프탈아미드 코폴리머이다. 이 코폴리머는 DuPont Company 사가 우수한 투명도, O2와 같은 가스, 용매 및 정유(essential oil)들에 대한 우수한 차단성, 또한 다음과 같이 지정된 표준에 따른 성질을 가지는 비정질 나일론 (폴리아미드)으로 특징지었다: 1.19 gm/cc의 밀도 (ASTM D1505); 127℃의 유리 전이 온도 (ASTM D3418); 4.6 Kg/cm2 (66psi)에서 126℃, 18.4 Kg/cm2 (264psi)에서 123℃의 열 변형 온도 (ASTM D648); 및 50%의 상대 습도와 23℃에서 27,900 Kg/cm2 (400,000 psi)의 굴곡 탄성율 (ASTM D790).
본 발명에서 사용되는 비정질 나일론 코폴리머는 헥사메틸렌디아민, 테레프탈산, 및 이소프탈산을 공지된 공정에 따라 축합하여 제조될 수 있다. 65 내지 80 퍼센트의 폴리머 단위가 헥사메틸렌 이소프탈아미드로부터 유래되도록 제조된 나일론 6I/6T 수지가 사용되는 것이 바람직하다. 이러한 수지는 식품 접촉 용도로 인가되었으며 1.207±0.1의 비중을 가지며 용융점이 없다.
한 구체예에서 코폴리머 중 MXD6의 양은 50 내지 85 중량%일 수 있으며 코폴리머의 나머지는 나일론 6I/6T이다. 또다른 구체예에서 MXD6의 양은 70 내지 80 중량%이며 나머지는 나일론 6I/6T이다. 또다른 구체예에서 MXD6의 양은 75 중량%이며 나머지는 나일론 6I/6T이다.
MXD6는 자체적으로 다이 헤드에 달라붙지만 이러한 코폴리머는 다이 헤드에 달라붙지 않는 수지를 제공하며, 또한 판지에 부착하지 않는 나일론 6I/6T와는 다르게 판지에 부착되는 수지를 제공한다. 이러한 코폴리머는 다이 헤드로부터 코폴리머를 보호하기 위한 또는 판지에 코폴리머를 부착하기 위한 추가층을 필요로하지 않는 수지를 제공한다.
MXD6를 대신하여 사용될 수 있는 코폴리머는 MXD6/MXDI이다. MXD6/MXDI는 MXD6와 메틸자일렌 디이소시아네이트의 코폴리머이다. 이것은 MXD6를 대신하여 상기한 바와 동일한 양으로 사용될 수 있다.
결속층(16)은 가스 차단층(14)과 결속층 사이에 추가 재료층들 없이 가스 차단층(14)에 직접 처리되는 한 면을 가진다. 결속층은 제 1 면 및 제 1 면의 맞은편에 제 2 면을 가진다. 결속층(16)의 제 1 면은 가스 차단층(14)의 내부 또는 제 2 면에 직접 처리된다. 결속층(16)은 임의의 적절한 접착성 수지일 수 있다. 전형적인 접착성 수지는 무수말레산 변성 폴리에틸렌 수지이다. Bynel® 4288이 결속층으로서 사용될 수 있다. 접착성 수지는 변성 에틸렌 비닐 아세테이트, 변성 에틸렌 아크릴레이트, 무수 변성 고밀도 폴리에틸렌(anhydride modified high-density polyethylene), 무수 변성 선형 저밀도 폴리에틸렌, 무수 변성 저밀도 폴리에틸렌 또는 무수 변성 폴리프로필렌일 수 있다. Surlyn®이 결속층으로서 사용될 수 있다. Surlyn®는 에틸렌/메트아크릴산 코폴리머의 부분 나트륨 또는 마그네슘염(partial sodium or magnesium salt)이다. 통상적인 결속 수지의 양은 평방 미터 당 3 내지 9 그램이 될 것이다.
내부 폴리올레핀층(18)은 내부 폴리올레핀층과 결속층 사이에 추가 재료층들 없이 결속층(16)에 직접 처리되는 면을 가진다. 내부 폴리올레핀층은 제 1 면 및 제 2 면을 가진다. 폴리올레핀층(18)의 제 1 면은 결속층(16)의 제 2 면에 직접 처리된다. 내부 폴리올레핀 제품 접촉층(18)은 저밀도 폴리에틸렌이다. 폴리에틸렌의 양은 평방 미터 당 10 내지 40 그램일 수 있다.
한 구체예에서 가스 차단층, 결속층 및 폴리에틸렌층은 공압출된다.
이러한 구조는 3개층의 제품면 가스 차단층 및 가스 밀봉층 구조물을 제공한다.
본 발명의 바람직한 구체예들을 특수한 용어를 사용하여 설명하였으나, 이러한 설명은 오직 설명을 위한 것이다. 사용된 용어는 제한 보다는 설명을 하기 위하여 사용된 용어들이다. 해당 업계의 종사자들은 청구범위에 설명되어 있는 본 발명의 사상 또는 범위에서 벗어나지 않고 본 발명을 변화시키고 변형시킬 수 있음을 이해하여야 할 것이다. 첨부된 청구범위의 사상 및 범위는 본 명세서에 포함된 바람직한 구체예들의 설명에 대한 제한이 되어서는 안된다.
도 1은 보드의 횡단면도이다.

Claims (19)

  1. 판지,
    상기 판지에 처리되는 3층 내부 구조물,
    상기 판지에 직접 처리되며, 반-방향족 반-결정질 나일론과 비정질 나일론의 블렌드로 구성되는 가스 차단층,
    가스 차단층에 직접 처리되는 결속층(tie-layer), 및
    결속층에 직접 도포되는 저밀도 폴리에틸렌
    으로 구성되는, 가스 차단성을 가진 판지.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 반-방향족 반-결정질 나일론은 반-방향족 반-결정질 나일론과 비정질 나일론의 블렌드 중 50 내지 85 중량 퍼센트임을 특징으로 하는, 가스 차단성을 가진 판지.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 반-방향족 반-결정질 나일론은 반-방향족 반-결정질 나일론과 비정질 나일론의 블렌드 중 70 내지 80 중량 퍼센트임을 특징으로 하는, 가스 차단성을 가진 판지.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 반-방향족 반-결정질 나일론은 반-방향족 반-결정질 나일론과 비정질 나일론의 블렌드 중 75 중량 퍼센트임을 특징으로 하는, 가스 차단성을 가진 판지.
  5. 제 1항에 있어서, 반-방향족 반-결정질 나일론은 나일론 MXD6임을 특징으로 하는, 가스 차단성을 가진 판지.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 반-방향족 반-결정질 나일론은 반-방향족 반-결정질 나일론과 비정질 나일론의 블렌드 중 50 내지 85 퍼센트임을 특징으로 하는, 가스 차단성을 가진 판지.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 반-방향족 반-결정질 나일론은 반-방향족 반-결정질 나일론과 비정질 나일론의 블렌드 중 70 내지 80 퍼센트임을 특징으로 하는, 가스 차단성을 가진 판지.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 반-방향족 반-결정질 나일론은 반-방향족 반-결정질 나일론과 비정질 나일론의 블렌드 중 75 퍼센트임을 특징으로 하는, 가스 차단성을 가진 판지.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 비정질 나일론은 나일론 6I/6T임을 특징으로 하는, 가스 차단성을 가진 판지.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 비정질 나일론은 나일론 6I/6T임을 특징으로 하는, 가스 차단성을 가진 판지.
  11. 제 6항에 있어서, 상기 비정질 나일론은 나일론 6I/6T임을 특징으로 하는, 가스 차단성을 가진 판지.
  12. 제 5항에 있어서, 상기 비정질 나일론은 나일론 6I/6T임을 특징으로 하는, 가스 차단성을 가진 판지.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 가스 차단층, 결속층 및 폴리올레핀층은 공압출됨을 특징으로 하는, 가스 차단성을 가진 판지.
  14. 제 1항에 있어서, 가스 차단층의 맞은 편의 판지 면에 직접 처리되는 제 2 폴리올레핀층을 추가로 포함함을 특징으로 하는, 가스 차단성을 가진 판지.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 반-방향족 반-결정질 나일론은 나일론 MXD6 및 MXDI의 코폴리머임을 특징으로 하는, 가스 차단성을 가진 판지.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 반-방향족 반-결정질 나일론은 반-방향족 나일론과 비정질 나일론의 블렌드 중 50 내지 85 중량 퍼센트임을 특징으로 하는, 가스 차단성을 가진 판지.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 반-방향족 반-결정질 나일론은 반-방향족 반-결정질 나일론과 비정질 나일론의 블렌드 중 70 내지 80 중량 퍼센트임을 특징으로 하는, 가스 차단성을 가진 판지.
  18. 제 15항에 있어서, 상기 반-방향족 반-결정질 나일론은 반-방향족 반-결정질 나일론과 비정질 나일론의 블렌드 중 75 중량 퍼센트임을 특징으로 하는, 가스 차단성을 가진 판지.
  19. 제 15항에 있어서, 상기 비정질 나일론은 나일론 6I/6T임을 특징으로 하는, 가스 차단성을 가진 판지.
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