KR20160019396A

KR20160019396A - 내습성 코팅

Info

Publication number: KR20160019396A
Application number: KR1020157020538A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 에이. 델린저; 엘리 주니어 헬로우; 드류 브이. 스피어; 드와이트 더블유. 슈와크
Original assignee: 챰니스 바이오디그래더블스, 엘엘씨
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2016-02-19
Also published as: CA2894498A1; CN105228825A; MX2015008563A; US20140186644A1; JP2016504465A; EP2938487A1; EP2938487A4; WO2014105641A1

Abstract

본 발명의 일부 실시형태는 일반적으로 생분해성이며 퇴비화 가능한 수분 장벽 코팅에 관한 것이다. 일부 실시형태는 또한 이중 내열성인 코팅에 관한 것이다. 이러한 코팅은 내습성을 증가시키기 위해 사용될 수 있으며, 생분해성이며 퇴비화 가능한 일회용 식품 포장재 및 식품 서비스 물품에 적용될 때 들러붙지 않는 특징 또는 이형 특징을 제공한다. 일부 실시형태에서, 가소제 또는 아마이드 왁스는 내습성을 증가시키고 취성을 감소시키기 위해 셀룰로스-에스터, 셸락 및 로진계 코팅에 첨가된다. 다른 실시형태에서, 인지질 또는 중간쇄 트라이글라이세라이드 또는 증가된 수준의 아마이드 왁스가 향상된 이형 특징을 제공하기 위해 상기 실시형태 중 하나에 첨가될 수 있다.

Description

내습성 코팅{MOISTURE RESISTANT COATING}

관련 출원에 대한 상호참조

본 출원은 2012년 12월 31일자로 출원된 미국 가출원 특허 제61/747,955호에 대한 우선권을 주장하는 2013년 1월 11자로 출원된 미국 특허 출원 제13/740,025호의 유익을 주장하며, 이 기초출원은 본 명세서에 참고로 포함된다.

플라스틱 및 종이 공해는 대발생 수준에 도달하고 있으며, 우리의 해양을 오염시키고, 우리의 이용가능한 매립지 용량을 빠르게 채우고 있다. 전통적인 일회용 식품 포장 및 식품 서비스 물품은 이런 공해의 예이다. 그들은 통상적으로 왁스, 폴리에틸렌 또는 폴리에스터 필름과 같은 중합성 방수 재료를 이용하여 코팅, 침윤 또는 적층된 종이 또는 판지로 만들어지거나, 또는 다양한 플라스틱 중 하나(폴리스타이렌이 가장 흔함)로 만들어진다. 이들 재료는 수분에 대해 양호 내지 우수한 저항을 가지며, 절연성(예를 들어, 발포 폴리스타이렌 또는 "스티로폼")일 수 있고, 저렴하며 내구성이 있다. 추가로, 내열성 일회용은 통상적으로 이중 내열성 플라스틱으로 알려져 있는 CPET 또는 알루미늄으로 만들어진다.

산업적 상태에 도달한 다수의 국가에 의한 현재의 경향은 그의 노동 집단이 집에서 음식을 만들거나 특별한 물품을 만드는 자유 시간을 크게 감소시켰다. 이런 경향이 가속화됨에 따라, 일회용 포장재에 대한 요구는 기하급수적으로 증가한다. 게다가, 이들 "저렴한" 재료를 사용하는 것의(폐기를 통한 생산으로부터의) 환경적 비용은 생분해성 및/또는 퇴비화 가능한(compostable) 천연 제품에 비해 고품질일 수 있다는 인식이 점점 증가하고 있다. 폴리스타이렌 컵의 기대 수명은, 예를 들어 500년까지일 수 있으며, 각각의 미국인은 1년 당 평균 약 100개의 이들 컵을 폐기한다. 추가로, 폴리스타이렌은 벤젠 및 에틸렌의 화학적 가공에 의해 제조되는데, 벤젠과 에틸렌은 둘 다 그의 환경적 문제가 인식되고 있는 석유 산업의 부산물이다. 전세계의 정부가 실행불가능하고 너무 비용이 든다는 이유로 실행가능한 재활용 프로그램을 거의 포기하였지만, 그들은 여전히 해결해야 할 쓰레기 축적 문제가 있으며, 다수는 난분해성(non-degradable) 포장재에 세금을 매기기 시작하였다. 일회용 식품 서비스 및 식품 포장재 물품에 대한 환경적 우려를 처리할 필요가 있다.

상기 논의한 환경적 우려를 처리하는 내구성 있는 일회용 식품 서비스 및 포장재 용품에서의 가장 큰 도전은 내재한 내습성의 결여이다. 유기 물질의 분해를 초래하는 모든 생물학적 공정은 물이 작용하는 것에 의존한다. 그 결과, 또한 생분해성이고 퇴비화 가능한 고도로 내습성인 재료를 제조하는 것은 매우 어렵다.

전통적인 일회용 식품 용기 제품에 관한 환경적 우려를 처리하기 위해 현재 사용되는 한 가지 방법은 트레이, 접시 및 그릇과 같은 전분 및/또는 셀룰로스계 일회용 식품 서비스 물품의 제조이다. 다수의 전분 및/또는 셀룰로스계 포장 재료는 몇몇 단점을 가지는데, 용기가 물에 민감하다는 것이 가장 중요하다. 조리한 비변성 전분은 전형적으로 수용성이다. 현재 제조되고 있는 모든 전분-기반 생분해성 식품 서비스 물품은 가열한 몰드에서 형성되기 때문에, 이들 물품에서 다수의 또는 모든 전분은 조리되고, 이렇게 형성된 제품은 수분에 민감하다. 셀룰로스 섬유(예를 들어, 종이 및 판지 또는 펄프) 및 셀룰로스 유도체(예를 들어, 셀로판 및 셀룰로스 에스터, 에터 등)는 또한 물에 대해 상당히 침투성이다. 물, 다른 수성 유체 또는 상당한 양의 수증기에 노출될 때, 이들 물품은 매우 무르게 되어, 형태-안정성을 상실하고, 날붙이류(cutlery)(예를 들어, 나이프 및 포크)에 의해 구멍이 뚫리기 쉽게 될 수 있다.

전분 및/또는 셀룰로스계 생분해성 용품에 대한 개선은 그들을 더 내습성으로 만드는 것으로 구성될 수 있다. 개선은 또한 화학적 및 물리적 특성을 향상시킴으로써 매트릭스 재료를 강화시키는 작용을 할 수 있고, 왁스 또는 왁스 에멀전, 섬유 사이즈제(sizing agent), 가소제, 중합체 또는 이들의 조합물의 첨가를 포함한다. 이들 용품은 식품 및 비식품 적용분야에서와 비슷하게 저수분 조건 하에서 최상으로 수행한다. 상기 생분해성 용기의 예는 2009년 6월 30일자에 등록된 미국 특허 제7,553,363호; 2005년 11월 21일자에 출원된 미국 특허 출원 제11/285,508호; 2008년 7월 3일자에 출원된 미국 특허 출원 제12/168,049호; 및 2008년 10월 23일에 출원된 미국 특허 출원 제12/257,289호에서 발견되며, 이들은 본 명세서에 그들의 전문이 참고로 포함된다.

일부 적용분야는 추가로 증가된 내습성을 필요로 한다. 예를 들어, 수프 또는 인스턴트 커피와 같이 뜨겁거나 끓는 물의 첨가를 필요로 하는 일부 편의 식품 및 음료는 먹고 남은 치킨 조각과 같은 고형 식품을 가열하기 위해 사용되고 있는 접시보다 더 내습성일 수 있는 용기가 있어야 한다. 증가된 내습성을 필요로 할 수 있는 요구되고 있는 적용분야 유형의 추가 예는 학교, 교도소 및 기타 기관용의 이미 만들어진 음식, 바로 먹을 수 있는(ready to eat) 음식, 제빵 물품, 냉동 또는 냉장 제조된 음식, 수프 및 국수 그릇, 커피, 핫초코 및 기타 음료용 컵, 시리얼 그릇, 아이스크림 및 요거트 컵, 및 다른 유사한 고수분 적용분야이다. 다양한 생분해성 재료의 내습성을 개선시키기 위한 한 가지 방법은 제품에 코팅을 적용하는 것에 의한다. 내습성에 추가로, 일부 적용분야는 들러붙지 않는 특징 또는 이형 특징을 필요로 한다. 이러한 적용분야는 제빵 물품, 예를 들어 파이, 빵, 머핀, 피자, 케이크 등을 포함한다.

생분해성이며 퇴비화 가능한 용기를 제조하기 위한 설계를 유지함에 있어서, 또한 내습성을 증가시킨 코팅은 생분해성이며 퇴비화 가능한 것이 바람직하다. 셀룰로스 에스터는 치환도에 따라서 생분해성일 수 있고, 코팅 및 잉크에서 사용되는 기본 중합체로서 당업계에 공지되어 있다. 그 자체만으로, 셀룰로스 에스터는 매우 높은 투습도(moisture vapor transmission rate: MVTR)를 가지며, 따라서 물에 대한 저항성을 짧은 기간에만 제공한다.

상기 기재한 바와 같은 고수분 적용분야에 충분한 내습성을 가질 뿐만 아니라 경제적으로 효율적이고 완전히 생분해성이며 퇴비화 가능한 코팅은 아직 완전하지 않다.

따라서, 본 발명의 일부 실시형태의 목적은 투습도(MVTR)가 상당히 감소되도록 개선된 내습성을 지니는 완전히 생분해성이며 퇴비화 가능한 코팅을 제공하여, 고수분 적용분야에서 사용하는 것이다.

본 발명의 일부 실시형태의 추가 목적은 식품 서비스 또는 포장재 물품을 코팅할 필요 또는 이러한 물품을 왁스의 융점 초과에서 장기간 건조/가열에 노출시킬 필요를 감소 또는 제거하는 왁스를 포함하여 가장 낮은 MVTR을 얻는 것이다.

본 발명의 일부 실시형태의 추가 목적은 또한 비용 효과적인 고도로 내습성인 코팅을 제공하는 것이다.

본 발명의 일부 실시형태의 추가 목적은 이중 내열성, 열 차폐성(heat sealable)인 고도로 내습성인 코팅을 제공하고, 제빵 적용분야에서 제품의 이형(release)을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시형태는 다양한 고도로 흡수성 및/또는 투과성인 기재 상에 사용하기에 적합한 내습성이 증가된, 생분해성이며 퇴비화 가능한 코팅용의 신규한 제형을 제공한다. 일 실시형태는 고수분 적용분야에 대해 기능성 식품 포장재 및/또는 식품 서비스 물품으로서 작용할 수 있는 생분해성이며 퇴비화 가능한 일회용 물품용의 생분해성이며 퇴비화 가능한 코팅을 제공한다. 이러한 적용분야는, 예를 들어 아이스크림 및 다른 냉동 디저트 제품; 이미 만들어지거나, 바로 먹을 수 있거나 또는 냉동 제조된 음식; 수프 및/또는 국수; 커피, 핫초코 및 기타 음료; 시리얼; 요구르트; 제빵 제품, 예컨대 케이크, 머핀, 쿠키 및 빵; 과일, 육류 및 채소 파이; 피자 파이, 캔디 제품; 및 인간 또는 동물에 의해 섭취되도록 설계된 기타 고수분 제품을 포함할 수 있다. 다른 실시형태는 이중 내열성(즉, 전자레인지와 전통적인 오븐 둘 다에서 사용될 수 있음)이며 제빵 적용분야에서 개선된 제품 이형을 제공하는 생분해성이며 퇴비화 가능한 일회용 물품용의 생분해성이며 퇴비화 가능한 코팅을 제공한다. 다른 실시형태는 열 차폐성인 생분해성이며 퇴비화 가능한 일회용 물품용의 생분해성이며 퇴비화 가능한 코팅을 제공한다. 다른 실시형태는 생분해성이며 퇴비화 가능한 일회용 물품이 고수분 적용분야에서 사용되도록 개선된 내습성을 지니는 생분해성이며 퇴비화 가능한 코팅을 제공한다. 다른 실시형태는 개선된 내습성을 갖는 생분해성이며 퇴비화 가능한 일회용 물품용의 생분해성이며 퇴비화 가능한 코팅을 제조하는 방법을 제공한다. 왁스를 포함하는 다른 실시형태는, 개선된 수분 장벽 특성이 승온에서의 코팅에 대한 필요 또는 왁스의 융점 초과에서 장기간 건조 또는 가열에 대한 필요 없이 얻어지도록 생분해성이며 퇴비화 가능한 일회용 물품을 코팅하는 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다. 그러나, 상세한 설명 및 구체적 실시예는, 본 발명의 바람직한 실시형태를 나타내지만, 본 발명의 정신과 범주 내에서 다양한 변화 및 변형이 본 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백하게 되기 때문에, 단지 예로서 제공된다는 것이 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 상기 열거한 상세한 설명 및 다른 이점 및 목적을 얻는 방식을 완전히 이해하기 위해, 본 발명의 더 상세한 설명은 이들의 구체적 실시형태를 참조하여 제공될 것이다.

일 실시형태에서, 생분해성이며 퇴비화 가능한 코팅은 그것이 물품 또는 물품들의 외면 및/또는 내면에 부분적으로 또는 완전히 침투하여 용기의 내수성 및 열 차폐성을 개선시키도록 생분해성이며 퇴비화 가능한 일회용 용품에 적용될 수 있다.

코팅은 스프레이, 블레이드, 퍼들, 에어-나이프(air-knife), 프린팅, 달그렌(Dahlgren), 그라비어, 커튼, 딥 코팅 및 파우더 코팅을 포함하는, 종이, 판지, 플라스틱, 필름, 폴리스타이렌, 시트 금속, 유리 또는 기타 포장재료를 코팅하는 당업계에 공지된 임의의 수단을 사용하여 용품에 적용될 수 있다. 코팅은 또한 생분해성이며 퇴비화 가능한 코팅 제형을 이용하여 용품에 분무함으로써 또는 생분해성이며 퇴비화 가능한 코팅 제형을 함유하는 통(vat) 내로 용품을 디핑함으로써 또는 본 발명의 임의의 실시형태에 의해 기재되는 바와 같은 코팅 제형의 커튼에 용품을 통과시킴으로써 적용될 수 있다. 한 가지 이상의 방법을 함께 사용함으로써 다수 코팅이 적용될 수 있다. 예를 들어, 제1 또는 프라이머 코팅은 적합한 방법에 의해 적용된 다음 제2 또는 상부 코팅이 다른 방법에 의해 적용될 수 있다. 용품은 단계 사이에 건조될 수도 있고 또는 건조되지 않을 수도 있다. 용품을 코팅하기 위해 사용되는 장치는 용품의 형상에 의존할 것이다. 예를 들어, 편평한 용품은 컵, 그릇 등과 상이하게 코팅될 수 있다.

이하의 성분의 선택에 따라서, 일부 실시형태는 이중 내열성 및/또는 열 차폐성일 수 있고, 제빵 적용분야에서의 제품 이형 특성을 포함할 수 있다.

생분해성이며 퇴비화 가능한 일회용 물품에 대해 생분해성이며 퇴비화 가능한 코팅이 제조될 수 있는 본 발명의 실시형태에 따른 한 가지 제형은 셀룰로스 에스터, 셸락 및 로진을 제공한다.

생분해성이며 퇴비화 가능한 코팅이 제조될 수 있는 본 발명의 실시형태에 따른 다른 제형은 셀룰로스 에스터, 셸락, 로진 및 왁스를 제공한다.

생분해성이며 퇴비화 가능한 코팅이 제조될 수 있는 본 발명의 실시형태에 따른 다른 제형은 셀룰로스 에스터, 셸락, 로진 및 하나 이상의 가소제를 제공한다.

생분해성이며 퇴비화 가능한 코팅이 제조될 수 있는 본 발명의 실시형태에 따른 다른 제형은 셀룰로스 에스터, 셸락, 로진 및 하나 이상의 왁스를 제공한다.

생분해성이며 퇴비화 가능한 코팅이 제조될 수 있는 본 발명의 실시형태에 따른 다른 제형은 셀룰로스 에스터, 셸락, 로진 및 하나 이상의 이형제를 제공한다.

셀룰로스 에스터

다양한 유형의 셀룰로스 에스터는 생분해성이며 퇴비화 가능한 코팅에 대한 베이스로서 사용될 수 있다. 본 발명의 일부 실시형태에서 사용되는 바람직한 셀룰로스 에스터는 셀룰로스 아세테이트 프로피오네이트(CAP), 셀룰로스 아세테이트 뷰티레이트(CAB), 셀룰로스 아세테이트(CA), 및 나이트로셀룰로스(NC)를 포함한다. 내열성 코팅이 요망되는 일부 실시형태에서, 바람직한 셀룰로스 에스터는 CAP, CAB 및 CA이다. 빠른 생분해성을 위해, 바람직한 치환도(D.S.)는 약 2.2 미만이다.

셸락

셸락은 곤충(연지충(kerria lacca))의 유충에 대한 보호적 커버로서 곤충에 의해 생성되는 경질의 무정형 수지이다. 이는 열매 및 식물성 코팅, 과자 코팅, 피혁 마무리에서 및 광범위하게는 목재 코팅에서의 적용을 발견하는 천연 유래 물질이다. 천연 수지는 전형적으로 표백에 의해 정련되어 더 경질의 색이 있는 물질을 생성한다. 셸락은 적용분야에 따라서 제거될 수도 있거나 제거되지 않을 수도 있는 천연 왁스를 함유한다. 셸락은 그 자체만으로 단지 중간의 내수성을 가진다. 본 발명의 바람직한 셸락은 표백되고, 자연적으로 생기는 왁스를 보유한다.

로진

일반적으로, 변형되지 않은 천연 로진을 사용하는 것이 바람직하더라도, 코팅을 지니는 임의의 로진 또는 변형 로진이 사용될 수 있다. 로진은 셀룰로스-에스터/셸락 기반 코팅의 내습성을 놀랍게 개선시키는 것으로 발견되었다. 추가로, 이는 기재에 대한 코팅의 부착 및 내습성 코팅층에 부착되는 임의의 추가적인 필름 또는 코팅에 대한 코팅의 부착을 개선시키는 것으로 믿어진다. 일부 실시형태에서, 코팅 내 로진의 농도는 제형의 건조중량의 약 0% 내지 약 50%, 또는 약 0% 내지 약 35%, 또는 약 0% 내지 20%이다.

용매

코팅은 바람직하게는 코팅될 기재가 물의 효과에 민감할 때 보유되는 용매이다. 적합한 용매는 성분의 용해도 및 코팅능력에 필요한 바와 같은 다양한 비율로 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 에탄올, 프로판올, 뷰탄올, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 소량의 물, 탄화수소 등을 포함한다. 용매는 유해 대기 오염물질(hazardous air pollutant: HAP)이 되고, 비석유 공급원으로부터 얻을 수 있는 것으로 고려되지 않는 것으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 비-HAPS 용매는 아세톤, 에탄올, 에틸 아세테이트, 메틸 아세테이트 및 메틸 에틸 케톤이다. 아세톤 및 메틸 아세테이트는 또한, 그들이 전형적으로 휘발성 유기 화합물(volatile organic compound: VOC) 조절로부터 제외되기 때문에 바람직하다.

왁스

왁스는 생분해성 제품에서 내습성을 개선시키고, 코팅의 마찰계수를 감소시키며, 코팅의 취성을 감소시키고, 또한 코팅의 일부 방출 특징을 제공하기 위해 사용된다. 이러한 용도를 위한 전형적인 왁스는, 예를 들어 카바우바, 칸데릴라, 밀랍 및 파라핀이다. 그러나, 선행기술에서 왁스를 포함하는 셀룰로스 에스터 장벽 코팅은 일반적으로 가장 큰 수분 장벽 특성을 얻기 위해 왁스의 코팅 및/또는 융점 초과의 건조에 의존하였다. 본 발명의 일부 실시형태에서, 가용성 아마이드 왁스의 용도는 30 내지 40%만큼 코팅의 수분 장벽 특성을 개선시키고, 왁스의 융점 초과에서 코팅을 코팅하고/하거나 건조시킬 필요를 제거하여 최고의 수분 장벽을 얻는 것이 발견되었다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 가용성 아마이드 왁스의 사용은 코팅에 균열이 생기는 경향을 감소시키는 것으로 발견되었다. 다양한 왁스가 사용될 수 있지만, 그들의 내습성 특성뿐만 아니라 그들이 카나우바와 같은 왁스보다 덜 비싸기 때문에 용매-가용성 아마이드 왁스를 사용하는 것이 바람직하다. 예는 올레아마이드, 스테아르아마이드, 에루카아마이드, 올레일 팔미트 아마이드, N,N'-에틸렌-비스-스테아르아마이드 등을 포함한다. 특히, N,N'-에틸렌-비스-올레아마이드, 및 특히 올레아마이드를 사용하는 것이 바람직하다. 이들 가용성 아마이드 왁스, 및 더 적은 정도의 스테아르아마이드계 왁스는 이들 코팅에서 유리하게 사용되는 비-HAP(유해 대기 오염물질) 에스터/알코올/케톤 및 탄화수소 용매 배합물 중에서 가용성이다. 일부 실시형태에서, 코팅 내 왁스의 농도는 제형의 건조중량의 약 0% 내지 약 15%, 약 2% 내지 약 10%, 또는 약 3% 내지 약 8%이다.

가소제

이들 코팅과 함께 사용되는 가소제는 환경 친화적으로, 예를 들어 본질적으로 생분해성 및/또는 천연이고/이거나 생물 유래 탄소 화합물에 기반하여야 한다. 일부 가소제는 바람직하지 않은 느린 생분해를 야기할 수 있기 때문에, 생분해를 촉진하는 가소제를 선택하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에 의해 사용을 위한 바람직한 가소제는 시트르산 에스터, 예컨대 트라이에틸 시트레이트, 트라이뷰틸 시트레이트 및 아세틸화된 트라이뷰틸 시트레이트, 트라이아세틴(글라이세롤 트라이아세테이트) 및 트라이뷰티린(글라이세롤 트라이뷰티레이트) 및 에폭시화된 대두 오일(epoxidized soybean oil: ESO)이다. 트라이아세틴은 미국 및 유럽에서 일반적으로 안전하다고 간주되기(generally regarded as safe: GRAS) 때문에, 트라이아세틴이 특히 바람직하다. 일부 실시형태에서, 코팅 내 가소제의 농도는 약 0% 내지 약 30%, 약 1% 내지 약 10%, 또는 더 바람직하게는 약 4% 내지 8%의 제형의 건조중량이다.

이형제

예를 들어, 제빵 적용분야(파이, 빵, 머핀, 케이크 등)에서와 같은 우수한 이형 특성을 제공하기 위해 코팅이 바람직할 때, 하나 이상의 이형제를 혼입하는 것이 유리하다. 적합한 이형제는 인지질, 예컨대 레시틴 및 인산 모노 및 다이글라이세라이드, 폴리다이메틸실록산 및 트라이글라이세라이드를 포함한다. 방출을 제공하는데 추가로, 트라이글라이세라이드는 또한 레시틴에 대한 담체로서 작용할 수 있다. 알코올 용매에서의 혼화성이 요망되는 적용분야에서, 중간쇄 트라이글라이세라이드(medium chain triglyceride: MCT)가 사용될 수 있다. 중간쇄 트라이글라이세라이드는 글라이세롤을 이용하여 에스터화된 6 내지 12개 탄소 원자의 지방산을 갖는 것으로 정의된다.

비교예

셀룰로스-에스터, 셸락 및 로진의 베이스 내습성 성능

종이와 같은 생분해성 기재 또는 PPM100으로서 표기되는 바이오스피어 인더스트리즈(Biosphere Industries) 전분/섬유 트레이 물질(바이오스피어(Biosphere) 18P008 10 인치 타르트 팬) 상에 지지된 샘플 재료의 얇은 막을 이용하여 물-함유 셀을 덮고, 온도를 제어한 환경에 셀을 위치시킨 다음, 구체적 시간 기간(일)에 고정 표면적(㎡)을 통해 셀로부터 액체 수분 손실의 중량(g)을 측정함으로써 MVTR 값을 결정하였다. 두께가 1밀(0.001 인치)인 기재에 대해 값을 정규화할 수 있다. 이 실험들을 위해, 셀의 온도를 40℃에서(내부 100% RH, 외부 주위 RH) 또는 23℃에서(내부 100% RH, 외부 50% RH) 유지하였다. ASTM E96/E 96M-05는 재료의 수증기 전달을 위한 표준 시험 방법을 기재한다. MVTR에서의 감소는 코팅 제형의 수분 장벽 특성에서의 증가를 나타낸다.

종이 및 판자의 물 흡수를 측정하기 위한 표준 시험은 콥 시험(Cobb Test)으로서 공지되어 있다(ASTM D 3285-93 참조). 재료의 알려진 면적 상에서 중량 측정에 의해 물 흡수를 측정한 후 2분 또는 20분과 같은 일정 시간 동안 콥 시험을 수행한다. 열탕을 이용하여 20분 동안 훨씬 더 엄격한 시험을 수행한다. 표 2는 코팅 및 미코팅 전분/섬유 기반 트레이에 대한 콥 시험의 요약을 나타낸다. 트레이는 바이오스피어(Biosphere) 18P008(PPM100 재료, 10인치 타르트 팬)을 지정하였다. 노드슨(Nordson) 액체 분무 시스템을 사용하여 코팅을 트레이에 적용하였다.

표 2에서의 데이터는 바람직한 코팅의 개개 성분이 전분/섬유 트레이와 같은 흡수성 기재의 물 흡수에서의 단지 보통인 감소를 제공한다는 것을 나타낸다. 셸락과 로진의 조합은 셸락 또는 로진 단독보다 약간 더 양호할 가능성이 있는 반면, CAP와 셸락의 조합은 CAP 단독보다는 더 악화되지만, 단지 셸락보다는 더 양호할 가능성이 있다.

실시예 1 내지 9

CAP504, 셸락과 로진1의 3 성분 혼합물을 탐구하기 위한 실험 설계를 수행하였다. 95% 변성 에탄올(듀플리케이팅 플루이드 #5) 및 5% 물 중에서 백셸락(regular bleached shellac)의 40% 용액을 사용하여 코팅 용액을 제조하였다. CAP 및 로진1을 에탄올 또는 아세톤 중에 용해시키고 나서 셸락과 혼합하였다. 모든 용액은, 용매의 나머지가 변성에탄올과 물인, 33.33% 아세톤이었다. 용매의 고체 함량은 20 또는 25%였고, 거의 동일한 용액 점도를 유지하도록 선택하였다. 표 3은 코팅 용액을 요약한다.

노드슨 에어리스 분무 시스템을 사용하여 바이오스피어(Biosphere) 18P008 전분 트레이(PPM100 재료, 10" 타르트 팬)를 코팅하였다. 2분 동안 80℃에서 코팅을 건조시켜 15 g/㎡의 건조 코팅 중량을 초래하였다. 20분 열탕 콥 값 및 MVTR(23, 내부 100% RH, 외부 50% RH)을 상기 기재한 바와 같이 결정하였고, 표 4에 나타낸다.

표 4의 데이터는 이 조성 범위에 걸쳐 매우 넓은 성능을 나타낸다. 최고의 전반적 성능은 40 내지 65% CAP504, 25 내지 45% 셸락(고체), 및 10 내지 20% 로진1의 범위가 되는 것으로 보인다. 이들 범위 내에서, 이 3 성분 배합물은 놀랍게도 개개 성분에 비해 내습성에 대해 상승작용적이다.

실시예 10

실시예 2로부터의 코팅 용액에 6% 올레아마이드 왁스(고체 기준)를 첨가하고 나서, 용액을 분사하고, 건조 후, 상기와 같이 시험하였다. 20분 열탕 콥 값은 12.18(표준 편차 1.77)이고, MVTR은 16,300(표준 편차 1900)인 것을 발견하였다. 코팅 트레이에서 토마토 소스의 마이크로파 조리 시, 이 코팅은 올레아마이드를 첨가하지 않은 코팅보다 균열이 더 적다는 것을 주목하였다.

실시예 11

실시예 6으로부터의 코팅 용액에 6% 올레아마이드 왁스(고체 기준)를 첨가하고 나서 용액을 분무하고, 건조 후 상기와 같이 시험하였다. 20분 열탕 콥 값은 19.48(표준 편차 2.49)이고, MVTR은 16,300(표준 편차 559)인 것을 발견하였다. 코팅 트레이에서 토마토 소스의 마이크로파 조리 시, 이 코팅은 올레아마이드를 첨가하지 않은 코팅보다 균열이 더 적다는 것을 주목하였다.

실시예 12

고체 조성이 54% CAP504, 28% 셸락 및 18% 로진1인 것을 제외하고 상기와 같이 제조하고, 코팅하였다. 20분 열탕 콥 값은 13.06(표준 편차 2.24)이 되고, MVTR은 19,700(표준 편차 2400)인 것을 발견하였다.

실시예 13

실시예 12로부터의 코팅 용액에 올레아마이드 왁스(6% 고체 기준)를 첨가하고 나서 용액을 분무하고, 건조 후 상기와 같이 시험하였다. 20분 열탕 콥 값은 16.12이고, MVTR은 27,300(표준 편차 2600)인 것을 발견하였다. 코팅 트레이에서 토마토 소스의 마이크로파 조리 시, 이 코팅은 올레아마이드를 첨가하지 않은 코팅보다 균열이 더 적다는 것을 주목하였다.

실시예 14

실시예 12로부터의 코팅 용액에 에폭시화된 대두 오일(ESO, 4.3% 고체 기준)를 첨가하고 나서, 용액을 분무하고, 건조 후 상기와 같이 시험하였다. 20분 열탕 콥 값은 17.24(표준편차 2.78)이고, MVTR은 26,200(표준 편차 1480)인 것을 발견하였다. 코팅 트레이에서 토마토 소스의 마이크로파 조리 시, 이 코팅은 ESO를 첨가하지 않은 코팅보다 균열이 더 적다는 것을 주목하였다.

실시예 15

실시예 12로부터의 코팅 용액에 시트로플렉스(Citroflex) A-4(4.3% 고체 기준)을 첨가하고 나서, 용액을 분무하고, 건조 후 상기와 같이 시험하였다. 20분 열탕 콥 값은 16.09(표준 편차 2.19)이고, MVTR은 25,600(표준 편차 589)인 것을 발견하였다. 코팅 트레이에서 토마토 소스의 마이크로파 조리 시, 이 코팅은 A-4를 첨가하지 않은 코팅보다 균열이 더 적다는 것을 주목하였다.

실시예 16

고체 조성이 75.5% CAP504, 18.9% 로진1, 2.8% 올레아마이드 왁스, 및 2.8% EBS 왁스(에틸렌 비스 스테아르아마이드)인 것을 제외하고 코팅 용액을 상기와 같이 제조하였고; 전체 고체 함량을 15.9%로 감소시켜 적합한 점도를 유지하였다. 이 제형에 대해, 용매 조성은 52.8% EtOH(듀플리케이팅 플루이드 5), 46.1% 아세톤, 및 1.1% 물이었다. 용액을 분무하고, 건조 후 앞의 실시예에서와 같이 시험하였다. 20분 열탕 콥 값은 12.20(표준 편차 1.20)가 되고, MVTR은 35,800(표준 편차 3310)이 되는 것을 발견하였다.

실시예 17

실시예 12의 코팅 용액을 코팅 중량이 15g/㎡인 복사지(기준 중량 75 g/㎡) 상에 코팅하였다. 미코팅 종이는 20분 열탕 콥 값이 95.6 g/㎡(표준 편차 1.8)이고, MVTR은 10,200 g-mil/㎡-일(표준 편차 918)이었다. 코팅지는 20분 열탕 콥 값이 6.1(표준 편차 0.2)이고, MVTR은 2540(표준 편차 108)이었다. 이들 데이터는 종이에 대한 내습성을 위한 코팅의 적절함을 명확하게 나타낸다.

실시예 18

실시예 12의 코팅 용액을 건조 코팅 중량이 15g/㎡인 마닐라 폴더(manila folder)(9mil 두께의 판지) 상에 코팅하였다. 미코팅 폴더는 20분 열탕 콥 값이 263.6g/㎡(표준 편차 8.2)이고, MVTR은 11,000 g-mil/㎡-일(표준 편차 394)이었다. 코팅 판지는 20분 열탕 콥 값이 20.9(표준 편차 6.9) 이고, MVTR은 2630(표준 편차 198)였다. 이들 데이터는 판지에 대한 내습성을 위한 코팅의 적절함을 명확하게 나타낸다.

본 발명은 구체적 실시형태 및 실시예에 대해 기재되었지만, 본 발명의 변형 및 적용이 본 발명의 정신과 범주로부터 벗어나는 일 없이 가능하다는 것은 당업자에 의해 용이하게 인식될 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 다음의 특허청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims

기재 상의 코팅으로서,
셀룰로스 에스터,
셸락; 및
로진을 포함하는 코팅.
제1항에 있어서, 왁스, 가소제, 이형제 또는 이들의 조합물을 더 포함하는 코팅.
제2항에 있어서, 상기 셀룰로스 에스터는 셀룰로스 아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로스 아세테이트 뷰티레이트, 셀룰로스 아세테이트 또는 나이트로셀룰로스를 포함하되; 상기 셸락은 백셸락(regular bleached shellac)을 포함하고; 상기 로진은 천연 로진을 포함하는 코팅.
제3항에 있어서, 상기 선택적 왁스는 올레아마이드, N,N'-에틸렌-비스-올레아마이드 또는 N,N'-에틸렌-비스-스테아르아마이드를 포함하는 코팅.
제3항에 있어서, 상기 선택적 가소제는 시트르산 에스터, 트라이아세틴, 트라이뷰티린 또는 에폭시화된 대두 오일(epoxidized soybean oil)를 포함하는 코팅.
제3항에 있어서, 상기 선택적 이형제는 인지질 또는 중간쇄 트라이글라이세라이드를 포함하는 코팅.
제1항에 있어서, 상기 셀룰로스 에스터는 셀룰로스 아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로스 아세테이트 뷰티레이트, 셀룰로스 아세테이트 또는 나이트로셀룰로스를 포함하는 코팅.
제1항에 있어서, 상기 셸락은 백셸락을 포함하는 코팅.
제1항에 있어서, 상기 로진은 천연 로진을 포함하는 코팅.
제1항에 있어서, 상기 코팅은 생분해성 또는 퇴비화 가능한(compostable) 코팅.
제1항에 있어서, 상기 기재는 전분, 셀룰로스, 셀룰로스 유도체 또는 PLA를 포함하는 코팅.
제1항에 있어서, 상기 기재는 종이, 판지, 또는 종이 또는 셀룰로스 섬유를 함유하는 전분계 매트릭스를 포함하는 코팅.
기재 상의 코팅으로서,
셀룰로스 에스터,
왁스; 및
로진을 포함하는 코팅.
제13항에 있어서, 가소제, 이형제 또는 이들의 조합물을 더 포함하는 코팅.
제14항에 있어서, 상기 셀룰로스 에스터는 셀룰로스 아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로스 아세테이트 뷰티레이트, 셀룰로스 아세테이트 또는 나이트로셀룰로스를 포함하고; 상기 로진은 천연 로진을 포함하는 코팅.
제15항에 있어서, 상기 가소제는 시트르산 에스터, 트라이아세틴, 트라이뷰티린 또는 에폭시화된 대두 오일을 포함하는 코팅.
제15항에 있어서, 상기 이형제는 인지질 또는 중간쇄 트라이글라이세라이드를 포함하는 코팅.
제13항에 있어서, 상기 셀룰로스 에스터는 셀룰로스 아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로스 아세테이트 뷰티레이트, 셀룰로스 아세테이트 또는 나이트로셀룰로스를 포함하는 코팅.
제13항에 있어서, 상기 왁스는 올레아마이드, N,N'-에틸렌-비스-올레아마이드 또는 N,N'-에틸렌-비스-스테아르아마이드를 포함하는 코팅.
제13항에 있어서, 상기 로진은 천연 로진을 포함하는 코팅.
제13항에 있어서, 상기 코팅은 생분해성 또는 퇴비화 가능한 코팅.
제13항에 있어서, 상기 기재는 전분, 셀룰로스, 셀룰로스 유도체 또는 PLA를 포함하는 코팅.
제13항에 있어서, 상기 기재는 종이, 판지, 또는 종이 또는 셀룰로스 섬유를 함유하는 전분계 매트릭스를 포함하는 코팅.
셀룰로스 에스터, 셸락, 로진 및 용매, 및 선택적으로 왁스, 가소제 또는 이형제를 포함하는 기재에 적용을 위한 코팅으로서, 상기 용매는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 뷰틸 아세테이트, 에탄올, 프로판올, 아세톤, 물 또는 탄화수소를 포함하는 코팅.
셀룰로스 에스터, 왁스, 로진 및 용매, 및 선택적으로 가소제 또는 이형제를 포함하는 기재에 적용을 위한 코팅으로서, 상기 용매는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 뷰틸 아세테이트, 에탄올, 프로판올, 아세톤, 물 또는 탄화수소를 포함하는 코팅.