KR20140000212A - 내습성 파형 섬유보드 - Google Patents

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KR20140000212A
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라이나 블럼
가브리엘 스쿠핀
후베르투스 크뢰너
위르겐 케크
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바스프 에스이
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Abstract

본 발명은 상부 플라이 또는 파형 주름 중 적어도 하나가 i) 30 내지 600 g/m2 평량의 종이 재료, 및 ii) 1 내지 100μm 두께의 생분해성 플라스틱 코팅을 포함하는 종이 필름 복합물인, 단면 또는 양면 상이 접착처리된 단일 또는 다중플라이 파형 보드에 관한 것이다. 본 발명은 특히 상부 플라이 또는 파형 주름 중 적어도 하나가 i) 외층으로서 30 내지 600 g/m2 평량의 종이 재료, ii) 중간층으로서 1 내지 100μm 두께의 생분해성 플라스틱 코팅, 및 iii) 내층으로서 30 내지 600 g/m2 평량의 종이 재료를 포함하는 종이 필름 복합물인, 단면 또는 양면이 접착처리된 단일 또는 다중플라이 파형 카드보드에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 상기 파형 보드를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

내습성 파형 섬유보드{Moisture-Resistant Corrugated Cardboard}
본 발명은 라이너보드 플라이 (ply) 또는 파형 플라이 중 적어도 하나가
i) 30 내지 600 g/m2 평량의 종이 기재 구조 재료, 및
ii) 두께가 1 내지 100μm인 생분해성 중합체 코팅
을 포함하는 종이-필름 어셈블리인, 하나 이상의 파형 플라이를 포함하는 단면 또는 양면 파형 섬유보드에 관한 것이다
보다 특히, 본 발명은 라이너보드 플라이 또는 파형 플라이 중 적어도 하나가
i) 외층으로서, 30 내지 600 g/m2 평량의 종이 기재 구조 재료,
ii) 중간층으로서, 두께가 1 내지 100μm인 생분해성 중합체 코팅, 및
iii) 내층으로서, 30 내지 600 g/m2 평량의 종이 기재 구조 재료
를 포함하는 종이-필름 어셈블리인, 하나 이상의 파형 플라이를 포함하는 단면 또는 양면 파형 섬유보드에 관한 것이다.
추가로, 본 발명은 상기 파형 섬유보드의 제조 방법에 관한 것이다.
중합체-코팅된 종이 기재 제품은 많이 적용되며, 보다 특히 중합체 코팅에 의해 잉크젯 인쇄성이 개선될 수 있는 종이 종류, 즉, 모든 그래픽 종이, 천연 종이, 종이보드 및 카드보드에서 많은 적용을 가진다. 모든 이러한 적용에서, 종이 기재 구조 재료의 표면은 인쇄성 또는 장벽 특성과 같은 상기한 적용에 대해 실제 목적하는 대로 변경된다. 생분해성 중합체 (블렌드)로 코팅된 종이 기재 제품은 WO2010/034712에 공지되어 있다.
그러나, 종이의 표면 특성이 실제로 목적되는 많은 적용이 있다. 파형 섬유보드 제조에서, 종이의 미처리 표면은 뚜렷한 장점을 갖는다. 파형 플라이가 소위 홈이 새겨진 열 (fluted row) 상에서 제조되면, 종이의 미처리 표면이 부착되지 않는다. 반면에, 구조의 미처리 종이 재료는 많은 적용에서 불충분한 습윤 강도 또는 내유성을 갖는다. 종이의 추후 함침 또는 왁스처리는 구조의 종이 재료의 재활용에서 문제를 일으킨다.
독일 공개 공보 명세서 DOS 제2124092호에는 종이/폴리에틸렌/종이 구조의 파형을 갖는 습윤 강도 파형 섬유보드에 대해 기재되어 있다. 상기 실시양태는 통상적인 방법을 사용하여 종이/폴리에틸렌 어셈블리를 재활용하는 것이 간단하지 않다는 불리한 점이 있다 (예를 들면, EO 제09174077.9호에 기재된 방법에 의한 신문 탈잉크의 경우).
이에 따라, 본 발명에 의해 제기된 문제점은 종이에 필적하는 표면 특성을 가지나 동시에 습윤 강도, 내유성, 보다 높은 내습성 (moisture resistance)을 가지며, 또한 재활용하기에 간단한 파형 섬유보드를 제공하는 것이었다.
이러한 문제는 본 발명의 파형 섬유보드에 의해 해결된다. 내부 및 외부 표면은 미처리 종이 기재 구조 재료로 이루어진다. 구조 강화는 어셈블리의 내부에 존재하며, 어셈블리 전체의 내습성, 습윤 강도, 내수증기성 및 내유성과 같은 장벽 특성을 개선시킨다.
본 발명의 파형 섬유보드는 또한 재활용에서 뚜렷한 장점을 가지며, EP 제09174077.9호에 기재된 방법으로 재활용할 수 있다. 파형 섬유보드는
a) 적어도 1종의 가수분해 효소 (hydrolase)의 존재 하에 펄프화되고/되거나,
b) 알칼리 매질 중에서 펄프화되고/되거나,
c) 탈잉크 공정에서 알칼리 매질 중에서 처리되는
수성 폐지 현탁액 중에 초기에 충전되며, 중합체 필름은 이후 폐지 현탁액 에서 분리된다. 본 방법은 바람직하게는 기재된 실시양태 a), b) 또는 c) 중 오직 하나로 수행된다. 그러나 적어도 두 실시양태의 목적하는 임의의 조합으로 수행하는 것 또한 가능하다. 그러나, 일반적으로, 종이 섬유로부터 생분해성 중합체의 완전한 분리를 달성하는 데에는 언급된 실시양태 중 하나면 충분할 것이다.
폐지 및 종이 기재 제품으로부터의 폐지의 재생은 종이 산업에서 특히 경제적으로 중요하며, 이는 자원 (셀룰로오스 펄프)이 이러한 방식으로 보호될 수 있기 때문이다. 용어 "폐지"는 독일 표준 명세서 DIN 6730을 근거하며, 이에 따라 제조 또는 가공으로부터 사용된 또는 사용되지 않은 형태로 재활용되어야 하고 반제지 원료 (half-stuff)로서 제조 공정에 반송되어야 하는 종이 및 종이보드로 정의된다. 독일에서만, 폐지의 공급량, 즉, 폐지가 총 국내 종이 제조에서 차지하는 비율은 2003년에 65%였다. 일반적으로 폐지는 종이 및 종이보드 제조에서 이차 원료로서 사용된다. 그러나 폐지는 무한정하게 자주 재활용될 수 없다. 매 사용 회전에서, 섬유는 기계적 응력에 의해서 짧아지며, 약 4 내지 6 회전 이후에 시트 (sheet)로 다시 만들어지는 능력을 잃으며, 이는 결과적으로 종이 강도에 불리한 결과를 일으킨다. 파형 섬유보드 제조는 새로운 및 높은 등급의 종이 섬유를 포함하는 종이를 활용한다. 이것이 파형 섬유보드에서 폐지의 비율이 매우 적은 이유이다. 본 발명자들은 본 발명에 이르러 본 발명의 파형 섬유보드 중 폐지의 비율을 뚜렷하게 증가시킬 수 있는 동시에 어셈블리의 특성, 예컨대 종이의 강도를 높은 수준으로 유지시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 종이 기재 어셈블리에서 중합체의 내부 코팅 또는 다소 중합체 시트가 중요한 구조적 기능을 취한다.
용어 "종이 기재 제품"은 본 발명의 목적상 모든 종류의 종이, 보다 특히 종이보드 및 카드보드를 포함한다.
이러한 종이 기재 제품을 제조하기 위한 섬유 물질로서, 본 목적을 위해 통상적인 모든 재질, 예를 들어 기계 펄프, 표백 및 미표백 화학 펄프, 모든 한해살이 식물로부터의 종이 기재 원료 (stock) 및 또한 폐지 (또한 파지 (broke) 형태, 코팅 및 미코팅 모두 포함)가 고려된다. 이러한 섬유 재료는 종이 기재 제품이 제조되는 펄프의 제조를 위해 단독으로 또는 서로의 목적하는 임의의 혼합물로 사용될 수 있다. 기계 펄프는 예를 들면 쇄목 (groundwood), 기계 펌프 (TMP), 화학열기계 펄프 (CTMP), 압력 쇄목, 세미케미칼 펄프, 고수율 화학 펄프 및 리파이너 기계 펄프 (RMP)를 포함한다. 화학 펄프로서, 예를 들면 설페이트, 설파이트 및 소다 펄프가 고려된다. 종이 원료를 제조하기 위한 적합한 한해살이 식물은 예를 들면 벼, 밀, 사탕수수 및 케나프이다.
일반적으로, 펄프는 각각 건조 종이 원료를 기준으로 0.01 중량% 내지 3 중량%, 바람직하게는 0.05 중량% 내지 1 중량% 고형분 양의 사이즈제 (sizing agents)와 혼합하며, 이는 사이즈화할 종이에 대해 목적하는 사이징 정도에 따라 좌우된다. 종이 기재 구조 재료는 추가 물질, 예를 들면 전분, 안료, 염료, 형광 증백제, 살생물제, 종이용 강도 증강제, 고착제, 탈포제, 보류 조제 및/또는 배수 조제를 추가로 포함할 수 있다.
중앙 중합체 층은 종이 코팅을 위해 통상적인 임의의 생분해성 중합체를 포함할 수 있다.
생분해성 중합체는 이미 당업자에게 알려져 있으며, 특히 문헌 [Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (온라인 버전 2009), Polymers, Biodegradable, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KG, Weinheim, 2009, page 131]에 기재되어 있다. 보다 구체적으로, 용어 "생분해성 중합체"는 본 발명의 목적상 폴리락트산 (PLA), 폴리카프로락톤 (PCL), 폴리하이드록시알카노에이트 (PHA), 폴리알킬렌 카르보네이트, 예컨대 폴리프로필렌 카르보네이트 (PPC) 또는 폴리에틸렌 카르보네이트 (PEC), 키토산 및 글루텐, 및 지방족 디올 및 지방족/방향족 디카르복실산을 기재로 하는 1종 이상의 폴리에스테르, 예를 들면, 폴리부틸렌 숙시네이트 (PBS), 폴리부틸렌 숙시네이트 아디페이트 (PBSA), 폴리부틸렌 숙시네이트 세바케이트 (PBSSe), 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트 (PBAT), 폴리부틸렌 세바케이트-코-테레프탈레이트 (PBSeT), 폴리부틸렌 숙시네이트-코-테레프탈레이트 (PBST)를 포함한다. 언급된 1종 이상의 생분해성 중합체와 천연 중합체, 예컨대 전분, 글루코오스, 올리고머 글루코젠 (oligomeric glucosene), 셀룰로오스, 셀룰로오스 유도체, 리그닌, 키토산, 글루텐, 콜라겐, 제인 및 그의 코폴리에스테르의 컴파운드가 또한 적합하다.
생분해성 중합체로서, 부분 방향족 폴리에스테르가 중앙 중합체 층을 위해 보다 특히 적합하다. 지방족 디올 및 지방족/방향족 디카르복실산을 기재로 하는 부분 방향족 폴리에스테르는 폴리에스테르 유도체, 예컨대 폴리에테르 에스테르, 폴리에스테르 아미드 또는 폴리에테르 에스테르 아미드를 또한 의미한다. 부분 방향족 폴리에스테르는 사슬이 연장되지 않은 선형 폴리에스테르를 포함한다 (WO 제92/09654호 A1). 부탄디올, 테레프탈산 및 지방족 C6 내지 C18 디카르복실산, 예컨대 아디프산, 수베르산, 아젤라산, 세바신산 및 브라질산으로부터 형성된 지방족/방향족 폴리에스테르 (예를 들면 WO 제2006/097353호 내지 56호에 기재됨)가 특히 적합한 블렌딩 파트너이다. 사슬이 연장되고/되거나 분지된 부분 방향족 폴리에스테르가 바람직하다. 후자는 특허 문헌 WO 제96/15173호 내지 15176호, 21689호 내지 21692호, 25446호, 25448호 또는 WO 제98/12242호에 기재되어 있으며, 상기 문헌은 본원에 참조 문헌으로서 명백히 인용된다. 상이한 부분 방향족 폴리에스테르의 혼합물이 고려된다.
중앙 중합체 필름을 위해 특히 적합한 부분 방향족 폴리에스테르는 하기와 같이 구성된다.
i) 성분 i 및 ii를 기준으로, 숙신산, 아디프산, 세바신산, 아젤라산 및 브라질산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 디카르복실산 또는 디카르복실산 유도체 40 내지 70 몰%,
ii) 성분 i 및 ii를 기준으로, 테레프탈산 유도체 60 내지 30 몰%,
iii) 성분 i 및 ii를 기준으로, C2 내지 C8 알킬렌 디올 또는 C2 내지 C6 옥시알킬렌 디올 98 내지 102 몰%,
iv) 성분 i 내지 iii의 총 중량을 기준으로, 이관능성 또는 다관능성 이소시아네이트, 이소시아누레이트, 옥사졸린, 에폭시드, 카르복실산 무수물 및/또는 적어도 3 개의 에스테르 및/또는 아미드 결합을 형성할 수 있는 분지화제로 이루어진 군으로부터 선택된 사슬 연장제 및/또는 가교제 0.00 중량% 내지 2 중량%,
v) 성분 i 내지 iv의 총 중량을 기준으로, 천연 또는 가소화된 전분, 천연 섬유, 나무 가루로 이루어진 군으로부터 선택된 유기 충전제 및/또는 백악, 침강 탄산칼슘, 흑연, 석고, 전도성 카본 블랙, 산화철, 염화칼슘, 돌로마이트, 카올린, 이산화규소 (석영), 탄산나트륨, 이산화티탄, 실리케이트, 규회석, 운모, 몬모릴로나이트, 탈석, 유리 섬유 및 광물 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 무기 충전제 0.00 중량% 내지 50 중량%, 및
vi) 성분 i 내지 iv의 총 중량을 기준으로, 적어도 1종의 안정화제, 기핵제, 슬립 및 이형제, 계면활성제, 왁스, 정전기 방지제, 흐림 방지제, 염료, 안료, UV 흡수제, UV 안정화제 또는 다른 플라스틱 첨가제 0.00 중량% 내지 2 중량%.
상기한 조성의 부분 방향족 폴리에스테르는 EP 제09174077.9호에 기재된 방법에 따라, 임의로는 폴리락트산과의 혼합물로, 고도로 재활용할 수 있다.
EN ISO 1133 (190℃, 2.16 kg 중량)에 따른 용융 부피 속도 (MVR)가 5 내지 50 cm3/10 분, 보다 특히 5 내지 25 cm3/10 분, 보다 바람직하게는 5 내지 12 cm3/10 분인 부분 방향족 폴리에스테르가 특히 적합하다.
중앙 중합체 층을 위해 하기하는 하기 조성의 공중합체 혼합물이 특히 적합하다.
(a) 생분해성 지방족-방향족 폴리에스테르 5 중량% 내지 95 중량%, 바람직하게는 30 중량% 내지 90 중량%, 보다 바람직하게는 40 중량% 내지 70 중량%,
(b) 폴리락트산, 폴리카프로락톤, 폴리하이드록시알카노에이트, 키토산 및 글루텐, 및 예를 들어, 폴리부틸렌 숙시네이트 (PBS), 폴리부틸렌 숙시네이트 아디페이트 (PBSA), 폴리부틸렌 숙시네이트 세바케이트 (PBSSe), 폴리부틸렌 테레프탈레이트-코-아디페이트 (PBTA)와 같은 지방족 디올 및 지방족/방향족 디카르복실산을 기재로 하는 1종 이상의 폴리에스테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 중합체 95 중량% 내지 5 중량%, 바람직하게는 70 중량% 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 60 중량% 내지 30 중량%, 및
(c) 상용화제 0 중량% 내지 2 중량%.
(c) 군의 상용화제는 말레산 무수물과 같은 카르복실산 무수물 및 보다 특히 스티렌, 아크릴산 에스테르 및/또는 메타크릴산 에스테르 기재의 에폭시 함유 공중합체이다. 에폭시-보유 단위는 바람직하게는 글리시딜 (메트)아크릴레이트이다. 상기한 유형의 에폭시-함유 공중합체는 예를 들면 바스프 레진스 비.브이. (BASF Resins B.V.)사에 의해 존크릴®에이디알 (Joncryl®ADR) 상표 하에 판매되고 있다. 예를 들면, 존크릴®에이디알 4368이 상용화제로서 특히 유용하다.
따라서, 특히 바람직한 공중합체 혼합물은
(a) 생분해성 지방족-방향족 폴리에스테르 20 중량% 내지 90 중량%, 바람직하게는 30 중량% 내지 50 중량%, 보다 바람직하게는 35 중량% 내지 45 중량%,
(b) 폴리락트산 및 폴리하이드록시알카노에이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 중합체 80 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 70 중량% 내지 50 중량%, 보다 바람직하게는 65 중량% 내지 55 중량%, 및
(c) 에폭시-함유 폴리 (메트)아크릴레이트 0 중량% 내지 2 중량%를 포함한다.
(b) 군의 폴리락트산으로서, 하기 특성의 프로필을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
- EN ISO 1133에 따른 190℃ 및 2.16 kg에서의 MVR 용융 부피 속도 0.5 내지 100 ml/10 분, 바람직하게는 5 내지 70 ml/10 분, 보다 바람직하게는 9 내지 50 ml/10 분,
- 녹는점 240℃ 미만,
- 유리 전이점 (Tg) 55℃ 초과,
- 수분 함량 1000 ppm 미만,
- 잔류 단량체 함량 (락티드) 0.3 중량% 미만, 및
- 분자량 10000 돌턴 초과.
바람직한 폴리락트산은 예를 들면 네이쳐웍스 (NatureWorks)® 6201 D, 6202 D, 6251 D, 3051 D 및 보다 특히 3251 D (네이쳐웍스의 폴리락트산)이다. 또한, 폴리락트산이 중합체 층의 유일한 중합체 성분일 수 있다.
(b) 군의 폴리하이드록시알카노에이트는 주로 폴리-4-하이드록시부티레이트 및 폴리-3-하이드록시부티레이트, 3-하이드록시발레이트 또는 3-하이드록시헥사노에이트와 상기한 하이드록시부티레이트의 코폴리에스테르이다. 폴리-3-하이드록시부티레이트-코-4-하이드록시부티레이트는 특히 메타볼릭스 (Metabolix)사로부터 알려졌다. 그들은 마이렐 (Mirel)® 상품명 하에 판매되고 있다. 폴리-3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시헥사노에이트는 P&G사 또는 카네카 (Kaneka)사로부터 알려졌다. 폴리-3-하이드록시부티레이트는 예를 들면 피에이치비 인더스트리얼 (PHB Industrial)사에 의해 바이오사이클 (Biocycle)® 상표명 하에 그리고 티아난 (Tianan)사에 의해 엔매트 (Enmat)® 상표명 하에 판매되고 있다.
폴리하이드록시알카노에이트의 분자량 Mw 일반적으로 100000 내지 1000000 돌턴의 범위이며 바람직하게는 300000 내지 600000 돌턴의 범위이다. 폴리하이드록시알카노에이트는 또한 중합체 필름의 유일한 중합체 구성물을 구성할 수 있다.
폴리카프로락톤은 예를 들면 다이셀 (Daicel)사에 의해 플라셀 (Placcel)®제품명 하에 판매되고 있다. 이는 단독으로 또는 바람직하게는 중합체 블렌드로 중합체 층에 사용될 수 있다. 폴리카프로락톤은 성분 b)로서 사용되거나 중합체 층의 유일한 중합체 구성물을 구성할 수 있다.
폴리알킬렌 카르보네이트는 보다 특히 폴리에틸렌 카르보네이트 및 폴리프로필렌 카르보네이트를 의미하는 것으로서 이해하여야 한다. 폴리에틸렌 카르보네이트는 에틸렌 옥시드 및 이산화탄소로부터 형성된 중합체이다. 폴리프로필렌 카르보네이트는 프로필렌 옥시드 및 이산화탄소로부터 형성된 중합체이다. 폴리프로필렌 카르보네이트가 특히 바람직하며 중합체 층에서 단독으로 또는 다른 생분해성 중합체와 함께 사용될 수 있다.
다른 생분해성 중합체도 또한 중합체 층을 위해서 단독으로 또는 다른 중합체와 혼합되어 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 이와 관련하여 이러한 중합체가마찬가지로 높은 유동성을 갖는 것이 유리하다는 것을 알 수 있을 것이다.
예를 들면, EN ISO 1133 (190℃, 2.16 kg 중량)에 따른 용융 부피 속도 (MVR)가 5 내지 70 cm3/10 분, 보다 바람직하게는 9 내지 50 cm3/10 분, 보다 더 바람직하게는 5 내지 25 cm3/10 분인 폴리락트산이 이러한 중합체 블렌드에서 유리한 블렌딩 파트너임을 알 수 있을 것이다. 상기한 유동성 중합체 블렌드와의 유동성 폴리에스테르의 블렌드가 종이 코팅을 위해서 또한 적합하다.
상기한 바와 같이, 생분해성 지방족-방향족 폴리에스테르 및 중합체 블렌드는 WO 제2010034712호에 공지되어 있다. 상기 특허 문헌 및 이 문헌에 인용된 참조 문헌은 이들 폴리에스테르의 조성뿐만 아니라 그의 제조 방법에 대해 참조 문헌으로 서 본원에 명백히 인용된다.
임의의 한 재료 또는 물질의 조성물이 적어도 90%의 DIN EN 13432 생분해 백분율도를 나타낼 경우 이 재료 또는 물질의 조성물은 본 발명의 목적상 "생분해성" 특징을 만족하는 것으로 간주되어야 한다.
생분해성의 일반적인 효과는 중합체 및 중합체 블렌드 (하기에서 요약하여 중합체 (블렌드)로서도 나타냄)가 적절하고 입증될 수 있는 기간 내에 분해된다는 것이다. 분해는 효소에 의한 가수분해로, 산화적으로 및/또는 전자기 복사 작용을 통해, 예를 들면 자외선 복사에 의해 수행될 수 있으며, 대부분 박테리아, 효모, 균류 및 조류와 같은 미생물의 작용 때문일 수 있다. 생분해성은 예를 들면, 중합체 (블렌드)를 퇴비와 혼합하고 일정 시간 동안 보관함으로써 정량화할 수 있다. DIN EN 13432에 따라, 예를 들면, CO2가 없는 공기를 퇴비화 동안에 숙성된 퇴비에 통과시키며 처리된 퇴비를 규정된 온도 프로그램 상태에 있게 한다. 여기서 생분해성은 샘플에 의해서 방출된 순 CO2 (샘플없이 퇴비에 의해 방출된 CO2를 차감한 이후) 대 샘플에 의해 방출될 수 있는 최대 CO2의 양 (샘플의 탄소 함량으로부터 계산됨)의 비율을 통해 생분해도의 백분율로서 정의된다. 생분해성 중합체 (블렌드)는 일반적으로 단지 퇴비화 며칠 후에 분명한 분해의 징후, 예컨대 균류 성장, 균열 및 청공 (holing)을 보인다.
생분해성을 결정하는 다른 방법은 예를 들면 ASTM D 5338 및 ASTM D 6400-4에 기재되어 있다.
파형 섬유보드는 파형 플라이인 1개 또는 2개의 라이너보드 플라이로 이루어지고, 다수 플라이류의 파형 섬유보드의 경우에는 하나 이상의 중간플라이를 포함한다. 존재하는 라이너보드 플라이/중간플라이 및 파형 플라이의 수에 따라, 단면 파형 섬유보드는 종이 또는 카드보드에 부착된 파형 종이의 하나의 플라이로 이루어진다. 단일-홈 (single-flute) 양면 파형 섬유보드는 종이 및 카드보드의 두 플라이 사이에 부착된 하나의 파형 종이 플라이로 이루어진다. 2개-홈 파형 섬유보드는 종이 또는 카드보드의 하나의 플라이에 의해 함께 부착되는 파형 종이의 2개의 플라이로 이루어지고, 그의 자유 외부 표면은 각각 마찬가지로 종이 또는 카드보드의 하나의 플라이에 부착된다. 더 많은 홈을 가진 파형 섬유보드는 유사한 구조를 갖는다. 강도/저항 특성은 여러 가지로 세분화되며 DIN 55468에서 볼 수 있다.
해상수송은 특히 습윤 강도 접착제 및 습윤 강도 종이를 포함하는 파형 섬유보드를 이용한다. 습윤 강도 종이는 왁스처리되거나 또는 사이즈제 또는 습윤 강도 수지로 함침되고/거나 사이즈제 또는 습윤 강도 수지와 전체적으로 혼합된다. 이러한 방식으로 습윤 강도가 부여된 종이는 재활용될 수 없다. 재활용은 왁스 또는 사이즈제 각각에 의해 저해된다. 특히 라이너보드 플라이 및 중간플라이를 위해 이용되는 크래프트 라이너 (kraft liner)는 재활용된 함유물이 적다. 한편, 이는 특히 높은 및 새로운 등급의 종이 섬유가 이용되는 크래프트 라이너의 제조의 경우 그러하며, 이들 종이 섬유를 재생할 수 있는 것은 경제적으로 매우 흥미로울 것이다.
본 발명의 파형 섬유보드는 바람직하게는, 파형 플라이 및 중간플라이로서 또는 라이너보드 플라이로서, 구조 종이 기재 구조 재료/생분해성 중합체 포함 중합체 층 또는 바람직하게는 종이 기재 구조 재료/생분해성 중합체 포함 중합체 층/ 종이 기재 구조 재료를 갖는 크래프트 라이너를 포함한다.
사용되는 크래프트 라이너는 바람직하게는 하기와 같이 구성된다.
i) 30 내지 600 g/m2, 바람직하게는 40 내지 400 g/m2, 보다 바람직하게는 50 내지 150 g/m2 평량의 종이 기재 구조 재료,
ii) 두께가 1 내지 100㎛, 바람직하게는 5 내지 80㎛, 보다 바람직하게는 10 내지 60㎛인 생분해성 중합체 코팅.
하기 구조를 갖는 크래프트 라이너가 특히 바람직하다.
i) 외층으로서, 30 내지 600 g/m2, 바람직하게는 40 내지 400 g/m2, 보다 바람직하게는 50 내지 150 g/m2 평량의 종이 기재 구조 재료,
ii) 중간층으로서, 두께가 1 내지 100㎛, 바람직하게는 5 내지 80㎛, 보다 바람직하게는 10 내지 60㎛인 생분해성 중합체 코팅, 및
iii) 내층으로서, 30 내지 600 g/m2 바람직하게는 40 내지 400 g/m2, 보다 바람직하게는 50 내지 150 g/m2 평량의 종이 기재 구조 재료,
둘 이상의 층의 종이 어셈블리 (크래프트 라이너)는 바람직하게는 적층 및 압출 공정을 사용하여 제조된다. 이와 관련하여, WO 제2010/034712호 및 이 특허 문헌에 기재된 공압출 공정을 비롯한 공정을 명백히 참조할 수 있다.
추가로 중합체 또는 컴파운드가 필름으로서 압출되는 것이 가능하다. 여기서, 관형 필름 압출 및 칠-롤 (chill-roll) 압출의 방법이 필름 제조를 위해 고려된다.
얇은 층의 경우에, 압출 코팅 또는 분산물 적용의 특별한 경우로서 핫멜트의 적용이 또한 고려된다. 본 공정은 문헌 [Ullmann, TSE Troller Coating]에 기재되어 있다. 핫멜트는 약 150 내지 200℃로 예비 가열된 원료 저장 용기로부터 표면 적용이 일어나는 다이로 펌핑된다. 윈드 슬롯 다이 (wind-slot die) 경우에 종이 웹은 고속으로 직접 다이 립(die lip)을 지나 이동한다. 간극, 웹 유도, 웹 속도 및 용융 스트림의 균일성이 중합체 층의 품질을 결정한다. 1 내지 5 g/m2의 코팅이 통상적이다 (기재의 매끄러움에 따라 좌우됨). 매우 얇은 압출 코팅을 이렇게 하여 적용할 수 있다.
분산물 코팅은 적용 이전에 어떤 가열도 필요로 하지 않는다. 본 적용 기술은 평면 코팅의 경우 핫멜트의 적용 기술과 유사하다. 웹 속도는 최대 3000 m/분이다. 이는 분산물 코팅이 종이 기계 상에서 온라인으로도 또한 가능함을 의미한다.
폴리프로필렌 카르보네이트와 같은 중합체로의 코팅은 예를 들면 알콜 중 중합체의 용액을 사용하여 수행할 수 있다.
카드보드 층의 팽윤을 최소화하기 위해 모든 층 (파형 층 또는 표면 층)에서 종이 기재 및 중합체 층의 단일- 및 다중-층 어셈블리가 가능하며 적절하다.
파형 웹에서 중합체 층의 두께는 임의의 특별한 제약이 없다. 중합체 층의 기본 중량은 예를 들면 1 내지 100 g/m2의 범위이다.
파형 웹의 종이 기재 층은 매우 다양한 재료, 예를 들면 백색 또는 갈색 크래프트 라이너, 반제지원료, 폐지, 파형가능 원료 또는 연 포장재를 이용할 수 있다. 이러한 종이 기재 층의 두께는 넓은 범위에서 다양할 수 있으며, 예를 들면, 최대 300 g/m2 또는 그 이상일 수 있다.
보통, 종이-필름 어셈블리는 전반적인 두께가 31 내지 1000 g/m2이다. 바람직하게는 80 내지 500㎛의 종이-필름 어셈블리는 적층에 의해 얻을 수 있으며, 보다 바람직하게는 50 내지 300㎛의 종이-필름 어셈블리가 압출 코팅에 의해 얻을 수 있다.
그러므로 얻어진 파형 웹은 단면 또는 양면 파형 섬유보드를 얻기 위해 하나 또는 두 라이너보드 웹과 전통적인 방법으로 추후에 부착되나, 둘 또는 셋 파형 웹 및 각각 하나 또는 두 중간 라이너보드 웹이 있는 이중 또는 삼중 파형 섬유보드도 물론 가능하다.
본 발명에 따라 제조된 중합체-보강된 파형 섬유보드는 전통적인 파형 섬유보드에 비해 하기와 같은 다양한 장점을 갖는다.
·파형 섬유보드는 극히 높은 스택 압착 값, 파괴 강도 및 천공 저항을 가지며, 특히 습윤 대기 조건에의 노출 이후, 매우 크게 높아진다.
·파열 강도는, 특히 습윤 대기 조건에의 노출 이후, 매우 크게 높아진다.
파형 플라이는 두 단계로 제조될 수 있다. 이 경우에 있어서, 첫 번째 단계는 압출 코팅, 핫멜트 적용 또는 분산물 코팅에 의해 기재된 종이 웹을 생분해성 및 재활용성 중합체로 코팅하는 것을 포함한다.
두 번째 단계에서, 하나 이상의 코팅된 종이 플라이는 기계에서 약 100 내지 200℃, 바람직하게는 160 내지 180℃에서 고속으로 파형 톱니를 가진 2개의 넓은 톱니형 휠 (홈 롤 (fluting rolls)) 사이에서 홈이 새겨져, 플라이에 통상적인 파형이 부여된다. 파형 재료의 성형 및 이송은 맞물린 톱니형 휠에 의해 단일 작업으로 수행된다.
예를 들면 독일 공개 공보 명세서 DOS 제2124092호에 기재된 바와 같이, 삼중층 파형 플라이 (종이/중합체/종이)는 전통적인 장비 상에서 홈 롤을 사용하여 이미 압출된 또는 적층된 크래프트 라이너로부터 제조될 수 있다. 다중-층 파형 웹을 단일 작업으로 파형 섬유보드 기계 상에서 홈을 새기면서 열 실링하여 제조하는 것이 유리하다 (DE 제2842869호 참조).
중합체 층이 표면에 있을 때, 중합체가 홈 톱니에 들러붙을 수 있다. 이 경우에 있어서, 임의의 들러붙음을 막기 위해 중합체 층은 열의 직접적인 영향에 대해 톱니형 휠의 테플론 코팅에 의해서 보호되거나 중합체 층으로부터 손쉽게 분리할 수 있는 수반 필름에 의해 보호된다. 필름은 예를 들면 약 10 내지 50㎛의 PP 또는 HDPE으로 실행될 수 있으며 이는 상기 두 폴리올레핀의 단일중합체가 생분해성 플라스틱 (예를 들어, 폴리락트산, PLA, PBAT, PBSeT, PBSSe, PHA, PCL, PPC) 에의 접착성이 단지 매우 낮기 때문이다.
홈 새기기 이후에, 홈의 끝 부분은 사이징 유닛을 통해, 약 80℃의 뜨거운 전분 용액으로 코팅되며, 파형 표면은 이후 상부 라이너보드 층에 연결된다. 동일한 작업이 이후 하부 라이너보드 층에 대해 수행된다.
라이너보드 층 및 파형 플라이의 추가 조합으로의 추가 부착 작업이 다수의 파형 플라이를 갖는 고강도 카드보드를 제조하기 위해 이어질 수 있다.
전분을 사용하는 대신에 폴리에스테르-폴리우레탄 분산물 (예를 들어, 루펜®디 디에스(Luphen®D DS) 3585)과 같은 필름 형성 가능 생분해성 분산물 및/또는 전분의 혼합물을 부착을 위해 사용하는 것이 또한 가능하다. 추가 가능성은 전분 시스템 대신에 핫멜트 접착제를 사용함에 있다. 이러한 파형 섬유보드는 파형 결합의 내습성을 개선시키는 것을 가능하게 한다.
또한, 파형 웹 및 라이너보드 층 사이의 결합은 외층이 중합체 코팅된 파형 플라이를 사용하여 제조할 수 있다. 이러한 경우, 이는 단지 가능한 라이너보드 층의 종이 또는 중합체 표면으로의 파형 웹 중합체 표면의 열적 유도 부착 또는 용접이다.
최종 카드보드 웹은 추후에 자동화된 절단 장치를 사용하여 적합한 제조 치수로 절단되며, 접히고, 다이-절단되고, 카드보드 포장재로 가공된다.
하기 실시예는 본 발명을 제한함없이 본 발명을 설명한다.
실시예 1 (두-플라이 홈)
A) 코팅된 종이의 제조:
실험적 상품의 코팅 장치 (ER-WE-PA)는 주 압출기 A (라이펜해우저 (Reifenhaeuser), 80 mm 직경 - 30 D) 및 3 개의 60 mm 직경/25 D 길이의 압출기 (B, C, D)로 이루어졌다. 이용된 모든 MVR 값이 EN ISO 1133 (190℃, 2.16 kg 중량)에 따라 결정한 에코플렉스 에프 비엑스 (Ecoflex F BX) 7011 (MVR이 약 2.5 cm3/10 분인 바스프 에스이 (BASF SE)사의 폴리부틸렌 테레프탈레이트 아디페이트)를 사용하여, 81 1/분에서 약 90 kg/h의 처리량을 달성하는 것이 가능하였다. 주 압출기 (라이펜해우저, 80 mm 직경 - 30 D)의 처리량은 77 1/분의 속도에서 190 kg/h이었다. 압출기의 처리량은 매우 얇은 층을 달성하기 위해 변화시켰다.
공압출 장치는 1000 mm의 다이 너비 및 0.5 mm의 조정 가능한 간극 너비에서 7중 층까지의 공압출을 가능케 하는 다이 공압출용 공구를 포함하였다. 용융 채널 내의 삽입물에 의하여, 여러 층을 함께 사용할 수 있었다. 장치에는 압출기 A로서 주 압출기 및 압출기 B로서 60 압출기를 가진 AAABBBB 형태의 이중층 어댑터 삽입물 (클로에렌 (Cloeren)사, 가장자리 캡슐화됨)이 장착되어 있었다. 외층 A는 전체 두께의 40%이었고, 카드보드 상의 내층 B는 전체 두께의 60%이었다.
사용된 종이는 100% 폐지를 기재로 하는 파형가능 종이이었다.
종이는 용융 중합체와 접촉하기 전에 불꽃 이온화 유닛 (가스 버너) 또는 코로나 방전 장치에 의해 활성화되었다.
모든 코팅은 용융 온도 250℃ 및 칠 롤 상에서의 법선 접촉 압력 4 bar에서 카드보드 상으로 압출하였다. 웹의 속도는 30 m/분과 200 m/분 사이에서 변화시켰다. 보다 높은 속도는 제품에 따라 실험적 상품 장치 상에서 용융 레조넌스 (melt resonance)를 유발하였다.
사용된 폴리에스테르:
폴리에스테르 1
MVR이 2.5 cm3/10 분인 에코플렉스®에프 비엑스 7011 (바스프 에스이사의 폴리부틸렌 아디페이트 코테레프탈레이트).
폴리에스테르 2
MVR이 6.4 cm3/10 분인 폴리부틸렌 테레프탈레이트 세바케이트.
폴리락트산
MVR (ISO1133에 따름, 190℃, 2.16 kg)이 30 ml/10 분인 네이쳐웍스사의 네이쳐웍스®3251 D.
압출 코팅
주 압출기 A 및 이차 압출기 B에서 24%의 폴리에스테르 2, 16%의 폴리에스테르 1 및 60%의 폴리락트산의 컴파운드를 사용하였다. 용융 온도는 258℃이었다.
170 m/분의 최대 웹 속도에서, 16.5㎛의 평균 층 두께 (기준 층 두께의 -48%)가 얻어졌다. 코팅은 오직 카드보드 매트릭스에서 섬유 파열과 함께 분리될 수 있었다. 처리량의 증가 및 감소 또는 용융 웹 너비의 역학적 변동 (용융 레조넌스)과 같은 유동 불안정은 단지 240 m/분부터 일어났다. 특히 낮은 넥-인 (neck-in)이 관측되었다.
B) 파형 플라이의 제조
A) 하에 기재된 종이-필름 어셈블리는 유형 A 홈의 두 개의 맞물린 톱니형 휠을 사용하는 피티아이 오스트리아 허웰 2 (PTI Austria Huwell 2) 파형 장치 상에서 홈이 새겨졌다. 홈을 새기기 위해, 중합체 층을 테플론 코팅으로 직접적인 열의 영향으로부터 보호하여 필름 어셈블리의 톱니형 휠로의 임의의 들러붙음을 방지하였다. 홈 새기기는 170℃에서 수행하였다.
성능 특징
홈의 내습성은 DIN EN 20187 표준 대기하에서 DIN EN ISO 7263 평판 압축 저항 (flat crush resistance) (CMC)을 통해 결정하였다. 샘플은 치수가 160 x 12.7 mm이었고 상태 조절, 즉, 30℃ 및 90% 상대 습도에서 48 시간 보관하거나 또는 상태 조절 없이 측정하였다.
평판 압축 저항
샘플 CMT (N) 강도 감소
직접 측정한 미코팅 종이 70.7
상태 조절된 미코팅 종이 37.7 47%
직접 측정한 실시예 1 93.0
상태 조절된 실시예 1 64.0 32%
상기 표의 결과는 생분해성 중합체로 최초 단면 코팅된 홈조차도 코팅하지 않은 것보다 뚜렷하게 보다 높은 습윤 강도를 갖는다는 것을 보여준다. 게다가, 출발점이 뚜렷하게 보다 높아, 전체적으로 볼 때 뚜렷하게 보다 강한 홈이 얻어진다.

Claims (7)

  1. 라이너보드 플라이 (ply) 또는 파형 플라이 중 적어도 하나가
    i) 30 내지 600 g/m2 평량의 종이 기재 구조 재료,
    ii) 두께가 1 내지 100μm인 생분해성 중합체 코팅
    을 포함하는 종이-필름 어셈블리인, 하나 이상의 파형 플라이를 포함하는 단면 또는 양면 파형 섬유보드.
  2. 라이너보드 플라이 또는 파형 플라이 중 적어도 하나가
    i) 외층으로서, 30 내지 600 g/m2 평량의 종이 기재 구조 재료,
    ii) 중간층으로서, 두께가 1 내지 100μm인 생분해성 중합체 코팅, 및
    iii) 내층으로서, 30 내지 600 g/m2 평량의 종이 기재 구조 재료
    를 포함하는 종이-필름 어셈블리인, 하나 이상의 파형 플라이를 포함하는 단면 또는 양면 파형 섬유보드
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 중합체 코팅이 지방족/방향족 폴리에스테르, 지방족 폴리에스테르, 폴리락트산, 폴리알킬렌 카르보네이트, 폴리카프로락톤 및 폴리하이드록시알카노에이트 및 이들과 천연 중합체와의 컴파운드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중합체인 파형 섬유보드.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층 i) 및 임의로는 층 iii)가 10 내지 100% 범위의 정도로 폐지로 이루어진 것인 파형 섬유보드.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 층 i) 및 임의로는 층 iii)가 50 내지 150 g/m²평량의 종이로 이루어진 것인 파형 섬유보드.
  6. 적층 접착제를 사용하거나 사용하지 않고 예비 가열된 종이 웹을 중합체 필름과 적층시켜 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 종이-필름 어셈블리를 제조하는 방법.
  7. 생분해성 중합체를 핫멜트로서 적용하는 압출 코팅에 의해 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 종이-필름 어셈블리를 제조하는 방법.

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