KR20190003036U - 다층 물품 - Google Patents

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KR20190003036U
KR20190003036U KR2020180002384U KR20180002384U KR20190003036U KR 20190003036 U KR20190003036 U KR 20190003036U KR 2020180002384 U KR2020180002384 U KR 2020180002384U KR 20180002384 U KR20180002384 U KR 20180002384U KR 20190003036 U KR20190003036 U KR 20190003036U
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클라리테 아제라프
유발 네보
데이비 마이첼 리이버
탤 벤 살롬
이나브 쿨백
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멜로디아 리미티드
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Abstract

본 고안은 셀룰로오스 나노 재료에 기초하여, 식품 패키징 산업에서 우수한 재료로서 다양한 용도로 맞춰지고 가공된 매우 안정되고 다용도인 다층 구조물 또는 물품을 제공한다.

Description

다층 물품{MULTILAYERED ARTICLES}
본 고안은 일반적으로 다층 물품(multilayered article) 및 그 사용에 관한 것이다.
셀룰로오스 나노 결정(cellulose nanocrystals)(CNC)은 나무와 식물의 세포 벽(cell wall)의 주성분인 셀룰로오스의 알려진 형태 중 하나이다. CNC는 물에서 액정 용액(liquid crystal solution)으로서 존재할 수 있고, 또한 나노 스케일의 두께를 갖는 거시적으로 정렬된 필름에 자체 조립되는 것으로 알려져있다.
나노-크기의 결정은 흥미로운 크기-의존형 구조 및 광학 특성이 있다. 가공 변수로 동작하는 능력은 이러한 나노 결정의 구조, 조성물, 크기, 및 분산 레벨을 제어하는 능력을 제공한다.
배경 기술
[1] WO2017/046798
[2] WO2013/132491
여기에 기재된 기술의 고안자는 셀룰로오스 나노 결정(CNC)과 같은 셀룰로오스 나노 재료에 기초하여, 다양한 용도로 맞춰져서 가공될 수 있고, 또한 예를 들어 식품 포장 산업에서 사용되는 알루미늄 시트보다 우수한 재료이며, 그리고 가스, 유기 솔벤트, 오일, 및 다른 제제(agent)에 대한 우수한 장벽(barrier)을 나타내는, 고도로 안정한 다층 구조물 또는 물품을 개발하였다.
본 고안의 물품은 금속 나노 입자가 없으며, 따라서 식품, 음료, 소비재, 및 의약품을 위한 패키징 재료를 포함하여 다양한 용도에 적합하다. 상기 물품은 하나 또는 그 이상의 최종 사용이나 용도에 따라 맞춰지거나 또는 예비-구성될 수 있다. 예를 들어, 본 고안에 따른 물품은 건조 식품 패키징 재료로서 또는 액상 식품 패키징 재료로서 특별히 맞춰질 수 있다.
제1 양태에 있어서, 본 고안은 3개 또는 그 이상의 재료층을 포함하는 다층 구조물의 형태(실질적으로 2차원 시트의 형태일 수도 있고 아닐 수도 있음)인 물품을 제공하며, 상기 3개 또는 그 이상의 재료층 중 적어도 하나는 나노 결정(CNC), 나노 섬유 셀룰로오스(nanofibrilar cellulose)(NFC), 미소섬유화된 셀룰로오스(microfibrillated cellulose)(MFC), CNC 와 NFC 의 조합물, CNC 와 MFC 의 조합물, CNC 와 적어도 하나의 첨가제, 예를 들어 폴리머와의 블렌드, 또는 NFC 와 적어도 하나의 첨가제, 예를 들어 수용성이거나 또는 수 분산성(water dispersible)인 폴리머(하이드록실 또는 카르복실-풍부 폴리머)와의 블렌드로부터 선택되는 셀룰로오스 나노 재료를 포함한다.
도 1은 본 실시예의 라미네이트 구조를 도시하고 있다.
도 2는 다른 실시예의 라미네이트 구조를 도시하고 있다.
도 3a 내지 도 3d는 다른 실시예의 라미네이트 구조를 도시하고 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 다층 물품은 기판, 셀룰로오스 나노 재료, 예를 들어 CNC-기반층, 및 커버층(cover layer)을 포함하므로, 상기 셀룰로오스 나노 재료층이 기판과 커버층 사이에 인터페이스를 형성한다.
일부 실시예에 있어서, 다층 물품은 기판, CNC-기반층, 및 커버층을 포함하므로, 상기 CNC-기반층이 기판과 커버층 사이에 인터페이스를 형성한다.
일부 실시예에 있어서, 상기 기판과 커버층은 동일하다. 일부 실시예에 있어서, 상기 기판과 커버층은 상이하다.
일부 실시예에 있어서, 물품은 ABC 형태의 층상 구조를 가지며, A, B, 및 C 각각은 도 1에 도시된 바와 같이 재료층이며, 여기서 A는 폴리머 재료, 종이 또는 종이-기반 재료, 폴리머 코팅된 종이-기반 재료, 예를 들어 판지(paperboard), 나노 셀룰로오스 필름, 나노 셀룰로오스/폴리머 필름, 직물 재료, 다공성 재료 또는 멤브레인 재료로부터 선택된 재료를 포함하거나 또는 이러한 재료로 구성되는 기판이며; B는 여기에 선택되는 바와 같이, 셀룰로오스 나노 재료, 예를 들어 CNC를 포함하거나 CNC로 구성되는 CNC-기반 재료이며; C는 폴리머 재료, 종이 또는 종이-기반 재료, 폴리머 코팅된 종이-기반 재료, 예를 들어 판지, 나노 셀룰로오스 필름, 나노 셀룰로오스/폴리머 필름, 직물 재료, 다공성 재료 또는 멤브레인 재료, 금속 재료, 예를 들어 금속 시트 또는 포일(foil)로부터 선택되는 재료를 포함하거나 이러한 재료로 구성되는 커버층이다.
일부 실시예에 있어서, B층은 NFC를 포함하지 않으며, 또한 NFC로 구성되지도 않는다.
A, C층은, 추가적으로 또는 대안적으로 하나 또는 둘 모두, 코팅되거나 또는 바니시(varnish) 재료로 제조될 수 있다. 본 기술분야에 알려진 바와 같이, 바니시는 자체적으로 내수층(water-resistant layer), 수증기 장벽으로서 동작할 수 있거나 또는 이들이 관련된 임의의 층에, 예를 들어 B층에, 또는 여기에 정의되는 바와 같이 임의의 A, C층에 기계적 보호를 공급할 수 있는 소수성 재료이다. 상기 바니시층은, 그 위에 프린트하는 능력을 얻기 위해, B층 상에 또는 2개의 A, C층 중 어느 하나 또는 2개의 층 모두에 직접적으로 제공될 수도 있다. 상기 바니쉬 재료 또는 조성물은 상업적으로 입수 가능한 것으로서 얻어질 수 있으며, 또는 특별한 목적에 맞춰 제조될 수 있다. 바니쉬 재료는 전형적으로 하나 또는 그 이상의 폴리머, 예를 들어 폴리우레탄, 아크릴, 에폭시, 폴리에스테르; 페놀 수지, 알키드 수지, 폴리우레탄 수지와 같은 수지; 및 아마인유(linseed oil), 호두유(walnut oil), 동유(tung oil), 및 대두유(soybean oil)와 같은 오일을 함유하는 조성물이다.
일부 실시예에 있어서, 특별한 목적 및 용도를 위해, 외부 시트[도 1에 도시된 기판(A) 또는 커버C층]는 금속 필름 또는 호일 또는 금속 합성물일 수 있다. 상기 B층은 금속 필름이나 포일이 아니며, 또한 금속 재료(들)를 포함하지도 않는다.
일부 실시예에 있어서, 기판(A) 및 커버C층은 나노 셀룰로오스 필름이 아니며, 이러한 재료를 포함하지도 않는다.
"기판" 및 "커버층"이라는 용어는 본 고안의 물품에 대한 임의의 방향성을 제안하기 위해 취해져서는 안됨을 인식해야 한다. 환언하면, "기판"이라는 용어는 가장 밑에 있는 층 또는 물품의 제조가 시작되는 층일 필요는 없다. 마찬가지로, "커버층"이라는 용어는 가장 위에 있는 층으로서, 또는 다층 구조물의 나머지 층이나 특징부를 둘러싸거나 덮는 층으로서 생각해서는 안된다.
여기에 기재되는 바와 같이, B층은 CNC 및 NFC와 같은 셀룰로오스 나노 재료를 포함하거나 또는 이런 재료로 구성된다. 일부 실시예에 있어서, B층은 NFC가 없다.
셀룰로오스 나노 결정(CNC) 또는 나노 결정 셀룰로오스(NCC)는 셀룰로오스로부터 생산된 파이버이며, 여기서 상기 CNC는 전형적으로 고순도 단결정이다. 이들은 인접한 원자의 결합력과 동등한 기계적 강도를 갖는 일반적인 등급의 재료를 구성한다. 결과적인 고도로 정렬된 구조물은 일반적으로 높은 강도뿐만 아니라 열적, 전기적, 광학적, 자기적, 강자성, 유전체, 전도성 및 심지어 초전도 특성에서도 현저한 변화를 생성한다. CNC의 인장 강도 특성은 현재의 고용량 함량의 보강재의 인장 강도 특성보다 훨씬 높으며, 또한 달성할 수 있는 가장 높은 복합 강도를 허용한다.
본 기술분야에 알려진 바와 같이, 셀룰로오스 나노 섬유(CNF 또는 NFC)는 일반적으로 50보다 큰 종횡비(aspect ratio)를 갖는, 결정질 및 비정질 영역을 함유하는 적어도 하나의 1차 원섬유(primary fibril)로 구성된 셀룰로오스 재료이다. 그 길이는 0.1-5 ㎛이고, 그 직경은 5-60nm이다. 유사하게, 셀룰로오스 미소섬유(CMF 또는 MFC)는 일반적으로 50보다 종횡비를 갖는, 결정질 및 비정질 영역을 함유하는 셀룰로오스 재료이다. 그 길이는 수 마이크로미터이고, 그 직경은 100 nm보다 크다. CMF는 약간의 CNF 부분을 함유할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 셀룰로오스 나노 재료는 적어도 50%의 결정도를 갖는 것을 특징으로 한다. 일부 실시예에 있어서, 셀룰로오스 나노 재료는 단결정이다. 일부 실시예에 있어서, 상기 셀룰로오스 나노 재료는 고순도 단결정 재료이다.
일부 실시예에 있어서, 나노 재료의 나노 결정은 적어도 약 50 nm의 길이를 갖는다. 다른 실시예에 있어서, 이들은 길이가 적어도 약 100 nm이거나, 또는 길이가 최대 1,000 nm이다. 다른 실시예에 있어서, 상기 나노 결정은 길이가 약 100 nm 내지 1,000nm이고, 길이가 100 nm 내지 900 nm이고, 길이가 100 nm 내지 600 nm이고, 또는 길이가 100 nm 내지 500 nm이다.
일부 실시예에 있어서, 상기 나노 결정은 길이가 약 10 nm 내지 100 nm, 100 nm 내지 1,000 nm, 100 nm 내지 900 nm, 100 nm 내지 800 nm, 100 nm 내지 600 nm, 100 nm 내지 500 nm, 100 nm 내지 400 nm, 100 nm 내지 300 nm, 또는 약 100 nm 내지 200 nm 이다.
상기 나노 결정은 10 또는 그 이상의 평균 종횡비(길이 대 직경 비율)를 갖도록 선택될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 상기 평균 종횡비는 10 내지 100, 또는 20 내지 100, 또는 30 내지 100, 또는 40 내지 100, 또는 50 내지 100, 또는 60 내지 100, 또는 70 내지 100, 또는 80 내지 100, 또는 90 내지 100, 또는 61 내지 100, 또는 62 내지 100, 또는 63 내지 100, 또는 64 내지 100, 또는 65 내지 100, 또는 66 내지 100, 또는 67 내지 100, 또는 68 내지 100, 또는 69 내지 100 이다.
일부 실시예에 있어서, 상기 평균 종횡비는 67 내지 100 이다.
일부 실시예에 있어서, 상기 셀룰로오스 나노 재료는 CNC이다. 일부 실시예에 있어서, 나노 재료는 NFC가 아니다.
CNC 또는 NFC의 생산에 이용되는 공정에 따라, 재료는 다양한 순도를 가질 수 있다. 일부 경우에 있어서, 셀룰로오스 나노 재료는 헤미 셀룰로오스(hemycellulose), 크실로글루칸(xyloglucane), 셀룰로즈 유도체 등과 같은 염(salt) 및/또는 탄수화물을 포함할 수 있다. 따라서 본 고안에 따라 사용되는 CNC 또는 NFC는 0.01% 내지 0.5%의 불순물, 예를 들어 탄수화물 및 염을 포함할 수 있다.
B층은 상기 다층 구조물에, 적절한 기판 또는 커버층을 선택함으로써 강화되거나, 감소되거나, 또는 달리 변형될 수 있는 하나 또는 그 이상의 특성을 부여한다. 일부 실시예에 있어서, B층의 재료 조성물은 가스 장벽 특성, 오일 장벽 특성, 및 수증기 장벽 특성을 나타내도록 선택된다. 상기 가스 장벽 특성은 다층 구조물을 통한 가스의 침투나 운반을 방지, 억제, 또는 최소화를 포함하며, 상기 가스는 산소, 이산화탄소, 아로마, SOx, NOx, 메탄, 풀루오르화 가스 등으로부터 선택된다. 상기 오일 장벽 특성은 식물성 오일, 미네랄 오일, 및 그리스와 같은 오일의 침투나 운반의 방지, 억제, 또는 최소화를 포함한다.
B층은 다층 구조물에 기계적 지지를 부여하는 조성물 또는 두께를 갖도록 선택될 수도 있다. 이는 투명층이거나 또는 불투명하거나 비-투명할 수 있으며, 또한 일부 경우에는 특정 파장을 차단하도록 맞춰질 수 있다.
일부 실시예에 있어서, B층은 CNC와, NFC와 같은 적어도 하나의 다른 나노 셀룰로오스 재료와의, 또는 적어도 하나의 첨가제와의 블렌드를 포함한다. 일부 실시예에 있어서, B층은 NFC를 포함하거나 또는 NFC로 구성된다. 상기 층이 NFC 를 포함하는 경우, 이는 폴리머와 같은 적어도 하나의 첨가제를 추가로 포함할 수 있으며, 또는 CNC와의 블렌드로서 제공될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, B층은 CNC, 또는 CNC 와 NFC의 조합물로 구성된다.
일부 실시예에 있어서, B층은 PVOH, PVAc, EVOH, PVP, 전분(starch), 키토산(chitosan), 폴리 아크릴산, 폴리에틸렌 이민, 탄수화물, EVA, 및 폴리 우레탄으로부터 선택된 적어도 하나의 폴리머와 조합하여(블렌드로서) CNC 및/또는 NFC를 포함한다.
일부 실시예에 있어서, CNC 및/또는 NFC와 조합하여 사용되는 상기 첨가제 또는 임의의 다른 재료는, Bi 배향된 폴리 프로필렌(Bi oriented poly propylene)(BOPP)이 아니다.
일부 실시예에 있어서, B층은 CNC로 구성될 수 있거나 또는 CNC 와 CNC 재료 또는 층에 가스 장벽, 오일 장벽, 수증기 장벽, 더 좋은 기계적 특성, 열적 특성, 접착 특성 등으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 특성을 부여하도록 선택된, 예를 들어 폴리머와 같은 적어도 하나의 첨가제의 블렌드(분리된 층이 아닌, 혼합물)를 포함할 수 있는 CNC층이다.
셀룰로오스 나노 재료, 예를 들어 CNC층은 CNC 와 같은 나노 재료 및 적어도 하나의 첨가제, 예를 들어 폴리머 재료로 구성될 수 있으며, 상기 첨가제, 예를 들어 폴리머 재료의 양은(층을 형성하는 재료의 총 중량에 대해) 나노 재료층의 0.1-99 중량% 범위이다. 일부 실시예에 있어서, 상기 폴리머 재료의 양은 0.1 내지 90% 0.1 내지 85%, 0.1 내지 80%, 0.1 내지 75%, 0.1 내지 70%, 0.1 내지 65%, 0.1 내지 60%, 0.1 내지 55%, 0.1 내지 50%, 0.1 내지 45%, 0.1 내지 40%, 0.1 내지 35%, 0.1 내지 30%, 0.1 내지 25%, 0.1 내지 20%, 0.1 내지 15%, 0.1 내지 10%, 0.1 내지 9%, 0.1 내지 8%, 0.1 내지 7%, 0.1 내지 6%, 0.1 내지 5%, 0.1 내지 4%, 0.1 내지 3%, 0.1 내지 2%, 0.1 내지 1%, 1 내지 90%, 5 내지 90%, 10 내지 90%, 15 내지 90%, 20 내지 90%, 25 내지 90%, 30 내지 90%, 35 내지 90%, 40 내지 90%, 45 내지 90%, 50 내지 90%, 55 내지 90%, 60 내지 90%, 65 내지 90%, 70 내지 90%, 75 내지 90%, 80 내지 90%, 85 내지 90%, 1 내지 85%, 5 내지 80%, 10 내지 80%, 15 내지 75%, 20 내지 70%, 25 내지 65%, 30 내지 60%, 35 내지 55%, 또는 40 내지 50% 이다.
일부 실시예에 있어서, 상기 첨가제는 첨가제 및 CNC 로 구성되는 조성물의 50 내지 70% 또는 60 내지 70% 또는 70 내지 90% 또는 70 내지 80%의 양으로 존재하는, PVOH와 같은 폴리머이다(환언하면, 70% 내지 90% 폴리머의 양은 70-90% 폴리머 및 30-10% CNC를 의미한다).
일부 실시예에 있어서, 첨가제 대 CNC 의 비율은 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:6, 1:7, 1:8, 1:9, 1:10, 10:1, 9:1, 8:1, 7:1, 6:1, 5:1, 4:1, 3:1 또는 2:1 이다.
상기 적어도 하나의 첨가제는 폴리머, 또는 글리세롤 또는 소르비톨과 같은 가소제; 계면활성제; Mg 입자 또는 나노 입자(다른 원소의 나노 입자는 제외)와 같은 입상(particulate) 재료; 안료; 탄수화물; 염; 도전성 재료; 산소 제거제 등과 같은 임의의 다른 첨가제일 수 있다.
첨가제가 폴리머가 아닌 경우, 이는 전술한 바와 같은 양으로, 또는 1% 내지 20% 범위의 양으로 존재할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, B층은 CNC/PVOH를 포함한다. 상기 층은 100nm-20㎛ 의 두께를 갖는다. 일부 실시예에 있어서, 상기 두께는 100 내지 900nm, 900nm 내지 20㎛, 1000nm 내지 20㎛, 1㎛ 내지 20㎛, 또는 1㎛ 내지 10㎛이다.
일부 실시예에 있어서, 상기 두께는 1㎛ 내지 20㎛, 1㎛ 내지 20㎛, 1㎛ 내지 15㎛, 1㎛ 내지 10㎛, 또는 1㎛ 내지 5㎛ 이다.
각각의 A, C층은 다층 구조물에, 하나 또는 그 이상의 최종 용도에 부합하도록 맞춰질 수 있는 기계적 및 장벽 기능을 부여한다. 기판과 커버층 모두는 하나 또는 그 이상의 층, 시트, 필름, 또는 코트(coat) 상에 인쇄되거나, 라미네이트거나, 또는 달리 연관될 수 있다. 일반적인 형태(ABC)를 갖는 다층 구조물은 A층 또는 C층이 포켓이나 용기 또는 인클로저의 외면 또는 그 내면일 수 있도록 포켓이나 용기 또는 인클로저 내에 절첩되거나 배치될 수 있다. 최종 산물에 따라, 각각의 A, C층의 재료 또는 조성물이 선택될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 각각의 A, C층은 서로 독립적으로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 비닐 알콜, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리유산(polylactic acid), 폴리하이드록시알카노트(polyhydroxyalkanote), 폴리카프로락톤, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 클로라이드, 셀룰로오스, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드, 및 폴리카보네이트 중에서 선택된다.
일부 실시예에 있어서, A, C층 중 하나는 폴리머 코팅된 판지이며, 상기 폴리머는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 비닐 알콜, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리유산, 폴리하이드록시알카노트, 폴리카프로락톤, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 클로라이드, 셀룰로오스, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드, 및 폴리카보네이트로부터 선택된다.
일부 실시예에 있어서, A, C층 중 적어도 다른 층과는 독립적으로 직물이거나, 또는 직물을 포함한다. 상기 직물은 셀룰로오스, 비스코스, 유리 섬유, 탄소 섬유, 및 합성 섬유로부터 선택된 재료의 임의의 텍스타일, 천연 직물, 합성 직물, 니트, 직물 재료, 부직 재료 또는, 메시(mesh)일 수 있다. 유사하게, 상기 직물은 기재된 바와 같이 선택된 멤브레인의 형태일 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 금속 시트 또는 포일이, 다른 것과는 독립적으로, A, C층 중 적어도 하나를 구성하는 경우, 금속은 알루미늄, 실리콘, 아연, 철, 티타늄, 또는 그 산화물 또는 합금으로부터 선택될 수 있다.
A, B 층 및/또는 B, C 층은 서로 직접적으로 연관될 수 있으며, 또는 도 2의 예시를 위해 도시된 바와 같이 인터페이스 재료(들)에 의해 분리될 수 있다. A 와 B 층 사이의 인터페이스 재료는, B, C층을 연관시키는 인터페이스 재료와 동일할 필요가 없으며, 또는 하나 또는 둘 모두의 인터페이스 재료가 존재할 수 있다. 층들이 직접적으로 또는 인터페이스 재료를 통해 연관되는지의 여부와는 독립적으로, 기판층 및/또는 커버층은 층들 사이에 안정적이고 오래 지속되는 연관을 허용하도록 전처리될 수 있다. 전처리는 플라즈마, 코로나(corona), 화염, 열 중 하나 또는 그 이상, 또는 임의의 알려진 전처리 방법을 포함할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 층들은 A, B층사이 또는 B, C층 사이의 층으로서 도 2에 도시된 바와 같이, 프라이머 재료(primer material) 또는 접착 재료를 통해 서로 연관될 수 있다. 이 프라이머 또는 접착제는 기판 또는 커버층에 내재할 수 있으며(즉, 기판/커버층 내에 매립되거나 또는 기판/커버층과 미리 연관되거나, 또는 기판/커버층 재료이며), 따라서 별도의 필름 또는 층으로서 또는 별도의 전처리 또는 공정 단계로서 추가될 수는 없다. 상기 프라이머 또는 접착 재료가 기판 또는 커버층의 부분이 아닌 경우, 이들은, 전형적으로 다층 구조물의 임의의 기계적 또는 기능적 또는 다른 특징적인 특성에 선택적으로 영향을 끼치지 않으면서, 그 목적이 층들 사이에 고착(adhesion) 또는 연관을 유도하기 위한 것인 추가적인 층을 형성하기 위해, 기판 또는 커버층 상에 코팅될 수 있다. 상기 프라이머 또는 접착제층 또는 필름은 전형적으로 다층 구조물에, 하나 또는 그 이상의 기능적 특성을 부여하기 위해 사용되지는 않는다. 그러나 프라이머 또는 접착 재료의 선택은 전반적으로 다층 구조물과 연관된, 또는 그 하나 또는 그 이상의 층과 연관된 하나 또는 그 이상의 특성을 추가적으로 도입, 강화, 또는 감소시킬 수 있다. 이러한 특성은 절첩성, 탄성, 투명성, 흡수율, 광 투과율, 가스 또는 솔벤트의 투과성(permeability), 습윤성, 내열성 등일 수 있다. 상기 프라이머 층 또는 접착층은 폴리우레탄, 에폭시, 아크릴레이트, 핫-멜트 접착제, 고분자 전해질(polyelectrolyte)(예를 들어, 폴리에틸렌이민) 및 바니시 재료로부터 선택된 재료를 포함한다.
일부 실시예에 있어서, 다층 구조물은 도 1에 예시된 바와 같이, 여기에 각각 정의되는 바와 같은 3개의 층: 기판A층, CNCB층, 및 커버C층을 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 상기 다층 구조물은 3개 또는 4개 또는 5개 또는 6개 또는 7개 또는 8개 또는 9개 또는 10개 층을 포함하므로, 적어도 하나의 층은 정의된 바와 같은 기판층, 정의된 바와 같은 셀룰로오스 나노 재료층, 및 정의된 바와 같은 커버층을 구성한다. 일부 실시예에 있어서, 각각의 층의 재료는 인접한 층의 재료 또는 다층 구조물의 하나 또는 그 이상의 다른 층의 재료와는 상이할 수 있으며, 또는 임의의 하나의 인접한 층의 재료와 상이할 수 있지만, 그러나 인접하지 않은 층의 재료와는 동일할 수 있다. 예를 들어, ABCC 형태의 다층 구조물에 있어서, 재료A층은 각각의 재료C층과 상이할 수 있고, 각각의 재료C층은 서로 상이할 수도 있어서, ABC1C2 형태의 다층 구조물을 형성한다. 예시적인 다중 구조가 도 3a-3d에 제공된다.
일부 실시예에 있어서, 각각의 A, C층은 2회 또는 그 이상 반복되며, 즉 다층 구조물은 AABCC, 또는 ABCC, 또는 AABC, 또는 AABCBC, 또는 ABCBCC의 형태일 수 있으며, A, B 및 C 각각은 여기에 기재되는 바와 같으며, 또한 인접한 층의 각각의 쌍은 직접적으로 또는 프라이머 또는 접착 필름이나 층을 통해 연관될 수 있다. 예를 들어, AABCC 로부터의 구조물에 있어서, 각각의 A 는 다른 것과 상이할 수 있고, 각각의 C 는 다른 C 와 상이할 수 있다. A, C 재료층이 동일한 재료 중에서 선택될 수 있기 때문에, 다층 구조물은 중심의 B층의 둘레로 대칭일 수 있으며, 또는 비대칭일 수 있다.
본 고안의 다층 구조물은 여기에 기재된 바와 같이, 재료의 시트 또는 절첩되거나 성형된 시트의 형태일 수 있다. 재료 시트로서 제시되는 경우, 이는 임의의 크기 및 형상을 가질 수 있으며, 프린트되거나 착색될 수 있고, 완전히 투명하거나 불투명할 수 있으며, 및 표면 처리될 수 있다. 상기 시트는, 시트로 형성되거나 또는 본 고안의 다층 구조물로 제조되는 적어도 하나의 요소 또는 특징부를 포함하는 포켓이나 인클로저 또는 특징부와 같은, 임의의 하나의 형상, 크기, 또는 물체로 절단되거나, 절첩되거나, 또는 가공될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 상기 물체는 제품, 식품, 액체, 약제, 또는 환경으로부터의, 예를 들어 가스, 수증기, 특정 광 파장 및 다른 손상제(damaging agent)로부터의 보호 또는 격리를 요하는 다른 물질을 패키징하기 위한 것이고, (침투 불가능한 장벽을 형성함으로써) 다층 구조물이 보호할 수 있는 효과를 가진다.
그 고유한 특성으로 인해, 상기 시트는 패키징 재료에서 알루미늄 시트의 대체물로서 사용될 수 있다. 본 분야에 알려진 바와 같이, 알루미늄 시트는 가스, 물, 및 광의 침투를 완전히 차단하는 그 능력으로 인해, 그리고 패키지의 기계적 안정성에 대한 그 기여로 인해, 제품의 패키징에 널리 사용되고 있다. 그러나 알루미늄 포일의 사용에는 주로 열화를 겪는 그 무능력에 의해 유발되는 환경 상의 그 충격, 및 알루미늄을 함유하는 패키지의 재활용과 연관된 어려움과 관련이 있다는 특정한 단점이 있다. 투명한 패키지가 요구될 때, 알루미늄의 광 차단 특성도 단점으로 간주된다. 알루미늄의 다른 단점은 좋은 가스 장벽이 요구되지만 그러나 높은 열 전달이 없는, 진공 절연 패널과 같은 용도로는 바람직하지 않은 열 투과율(heat transmittance)이다.
본 고안의 층상 구조물은 재활용 가능하고 또한 분해 가능하며, 광, 단열체에 대해 투명하고 또한 훨씬 더 얇은 장벽층으로서 제공될 수 있다는 이점을 구비하면서, 장벽 및 기계적 특성을 갖는 재료를 제공함으로써 알루미늄을 적절히 대체하여, 동일한 원하는 장벽 특성을 달성한다(예를 들어, 2 ㎛ 장벽층은 5 ㎛ 알루미늄 포일이 일반적으로 사용되는 구조물에서 원하는 OTR 레벨로 이어진다).
따라서 일부 양태에 따라, 본 고안은 3개 내지 7개의 재료층으로 구성되는 다층 구조물의 형태로 물품을 제공하며, 상기 다층 구조물은 ABC 형태이고, A, B 및 C 각각은 재료층이며:
A층은 폴리머 재료, 종이 또는 종이-기반 재료, 폴리머 코팅된 종이-기반 재료, 나노 셀룰로오스 필름, 나노 셀룰로오스/폴리머 필름, 직물 재료, 다공성 재료, 멤브레인 재료, 미네랄 재료, 바니시, 및 금속 재료로부터 선택된 재료를 포함하는 기판이며,
B층은 나노 결정(CNC), 나노 섬유 셀룰로오스(NFC), 미소섬유 셀룰로오스(MFC), CNC 와 NFC 의 조합물, CNC 와 MFC 의 조합물, 및 CNC 와 적어도 하나의 수용성 또는 수 분산성 첨가제의 블렌드로부터 선택된 셀룰로오스 나노 재료이며;
C층은 폴리머 재료, 종이 또는 종이-기반 재료, 폴리머 코팅된 종이-기반 재료, 나노 셀룰로오스 필름, 나노 셀룰로오스/폴리머 필름, 직물 재료, 다공성 재료, 멤브레인 재료, 미네랄 재료, 바니시, 및 금속 재료로부터 선택된 재료를 포함하는 커버층이다.
일부 실시예에 있어서, 상기 셀룰로오스 나노 재료의 층은 층의 총 중량의 0.1 중량% 내지 3 중량%의 불순물을 포함하며, 상기 불순물은 탄수화물 및 염으로부터 선택된다.
일부 실시예에 있어서, 상기 물품은 CNC 의 층 또는 CNC 와 적어도 하나의 첨가제의 블렌드의 층; 기판; 및 커버층으로 구성된다.
일부 실시예에 있어서, 상기 물품은 CNC 와 PVOH 의 블렌드의 층; 기판 및 커버층으로 구성된다.
일부 실시예에 있어서, 각각의 A, C층은 종이 또는 종이-기반 재료이다.
일부 실시예에 있어서, 각각의 A, C층은 폴리머 재료, 폴리머 코팅된 종이-기반 재료, 또는 나노 셀룰로오스/폴리머 필름을 갖는다.
일부 실시예에 있어서, B층은 PVOH, PVAc, EVOH, PVP, 전분, 키토산, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌이민, 탄수화물, EVA, 및 폴리우레탄으로부터 선택된 적어도 하나의 폴리머로 블렌딩되는 CNC 및/또는 NFC를 포함한다.
일부 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 폴리머의 양은 나노 셀룰로오스 재료의 0.1 내지 99 중량% 범위이다.
일부 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 첨가제는 폴리머, 또는 가소제; 계면활성제; 입상 재료(particulate material); 안료; 탄수화물; 염; 도전성 재료; 및 탈산소제(oxygen scavenger)로부터 선택된 첨가제이다.
일부 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 첨가제는 1% 내지 20% 범위의 양으로 존재한다.
일부 실시예에 있어서, B층은 100 nm - 20 ㎛ 의 두께를 갖는다.
일부 실시예에 있어서, A, C층의 각각은, 다른 것과는 독립적으로, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 비닐 알콜, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리유산, 폴리하이드록시알카노트, 폴리카프로락톤, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 클로라이드, 셀룰로오스, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드, 및 폴리카보네이트로부터 선택된 재료를 갖는다.
일부 실시예에 있어서, A, C층 중 하나 또는 모두는 폴리머 코팅된 판지이며, 상기 폴리머는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 비닐 알콜, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리유산, 폴리하이드록시알카노트, 폴리카프로락톤, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 클로라이드, 셀룰로오스, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드, 및 폴리카보네이트로부터 선택된다.
일부 실시예에 있어서, A, C층 중 적어도 하나는, 다른 것과는 독립적으로, 직물이거나 또는 직물을 포함한다.
일부 실시예에 있어서, A, B층 및/또는 B, C층은 서로 직접적으로 연관되거나, 또는 프라이머 재료 및 접착 재료로부터 선택된 인터페이스 재료에 의해 분리된다.
일부 실시예에 있어서, 상기 물품은 3개의 층: 기판층, CNC층, 및 커버층으로 구성된다.
일부 실시예에 있어서, 상기 CNC층은 CNC 와 PVOH 의 블렌드로 구성된다.
일부 실시예에 있어서, 다층 구조물은 AABCC, ABCC, AABC, AABCBC, ABCBCC 로부터 선택된 형태를 가지며, A, B, 및 C 각각은 여기에 정의된 바와 같다.
일부 실시예에 있어서, 상기 물품은 제품, 식품, 액체, 및 약제의 패키징에 사용될 때 제공된다.
본 고안은 3개 내지 7개의 재료층으로 구성되는 다층 구조물의 형태인 물품을 제공하며, 상기 다층 구조물은 ABC 형태를 가지며, 각각의 A, B 및 C 는 재료층이며,
A층은 폴리머 재료, 종이 또는 종이-기반 재료, 폴리머 코팅된 종이-기반 재료, 나노 셀룰로오스 필름, 나노 셀룰로오스/폴리머 필름, 직물 재료, 다공성 재료, 멤브레인 재료, 미네랄 재료, 바니시, 및 금속 재료로부터 선택된 재료를 포함하는 기판이며;
B층은 나노 결정(CNC) 및 CNC 와 적어도 하나의 수용성 또는 수 분산성 첨가제 또는 재료와의 블렌드로부터 선택된 셀룰로오스 나노 재료이며, 상기 층은 금속 나노 입자 재료 및 나노 섬유화된 셀룰로오스(NFC)가 없으며;
C층은 폴리머 재료, 종이 또는 종이-기반 재료, 폴리머 코팅된 종이-기반 재료, 나노 셀룰로오스 필름, 나노 셀룰로오스/폴리머 필름, 직물 재료, 다공성 재료, 멤브레인 재료, 미네랄 재료, 바니시, 및 금속 재료로부터 선택된 재료를 포함하는 커버층이다.
실시예의 상세한 설명
예 1: 3층 구조물
A층: 코로나로 처리된, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)-20 ㎛
B층: PVOH/CNC 의 층-5 ㎛
C층: 코로나로 처리되고 또한 접착제로 처리된 측부 상에 코팅된, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)-20 ㎛
상기 다층은 A층/B층/C층을 포함한다.
준비 방법:
1. LDPE 필름[A층]은 코로나로 표면 처리되었다.
2. PVOH/CNC 물 현탁액은 LDPE 의 처리된 표면 상에 코팅되었으며, 완전한 건조가 이어졌다[B층].
3. PVOH/CNC층[C층]과 대면하는 접착제 코팅된 측부를 구비하는, 접착제층으로 코팅되고 또한 B층에 라미네이트된, 코로나 처리된 LDPE 필름.
상기 다층 구조물은 투명하고 가요성이었으며, 또한 우수한 장벽 능력을 갖는 가요성의 또는 단단한 패키지의 생산을 위해 추가적인 층을 포함하도록 추가로 라미네이트될 수 있다. 상기 LDPE 층은 물, 수증기, 및 오일 장벽 능력을 제공하였다. PVOH/CNC 내층은 가스 장벽 능력을 제공했다.
예 2: 다층 구조물
A층: 핫-멜트 접착제(예를 들어, 에틸렌 비닐 아세테이트) 층으로 코팅된, 폴리프로필렌-30 ㎛
B층: PVOH/CNC 의 층-5 ㎛
C층: 핫-멜트 접착제(예를 들어, 에틸렌 비닐 아세테이트) 층으로 코팅된, 폴리프로필렌-30 ㎛
상기 다층은 A층/B층/C층을 포함한다.
준비 방법:
1. 폴리프로필렌 필름[A층]은 핫-멜트 접착제(예를 들어, 에틸렌 비닐 아세테이트)로 코팅된다.
2. PVOH/CNC 물 현탁액은 핫-멜트층 상에 코팅되며, 완전한 건조가 이어졌다[B층].
3. 핫-멜트 층으로 코팅된 폴리프로필렌 필름은, PVOH/CNC층[C층]과 대면하는 접착제 코팅된 측부를 구비하는, B층에 라미네이트된다.
상기 다층 구조물은 투명하고 가요성이며, 또한 우수한 장벽 능력을 갖는 가요성의 또는 단단한 패키지의 생산을 위해 더 많은 층에 추가로 라미네이트될 수 있다. 폴리프로필렌층은 물, 수증기, 및 오일 장벽 능력을 제공한다. PVOH/CNC 내층은 가스 장벽 능력을 제공하며, 또한 기계적 특성을 향상시킨다.
예 2에 기재된 층상 구조물의 기계적 특성은, 인스트론 머신(Instron machine)을 사용하여 인장 테스트에 의해 테스트되었다.
- 탄성 계수는 함께 라미네이트된 A, C층의 기준에 비해, 40%-125% 향상된다.
- 파단 시 연신율(elongation)은 함께 라미네이트된 A, C층의 기준에 비해 7~20% 향상된다.
예 3: 5층 구조물
A1층: 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)-20 ㎛
A2층: LDPE 로 코팅된 판지
A3층: 코로나로 처리된 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)-15 ㎛
B층: PVOH/CNC 의 층-4 ㎛
층(C1): 코로나로 처리된 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)-15 ㎛
층(C2): 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)
상기 다층은 A1층/A2층/B층/C1층/C2층을 포함한다.
준비 방법:
1. LDPE 필름[A3층]은 코로나로 표면 처리되었다.
2. PVOH/CNC 물 현탁액은 LDPE 의 처리된 표면 상에 코팅되었으며, 완전한 건조가 이어졌다[B층].
3. 코로나 처리된 LDPE 필름은, PVOH/CNC층[C1층]과 대면하는 코로나 처리된 측부를 구비하는, B층에 라미네이트되었다.
4. LDPE 는 판지[A2층]의 표면 상으로 압출되었다.
5. LDPE 는 상기 판지의 다른 쪽으로부터 압출되었다[A1층].
6. A3/B/C1층의 다층은 A2층에 라미네이트되었다.
7. LDPE 는 C1층[C2층] 상으로 압출되었다.
이 다층 구조물은 단단한 패키지를 위해 사용될 수 있다. 상기 판지 층은 기계적 안정성을 제공하였으며, 상기 LDPE 층은 물, 수증기, 및 오일 장벽 능력을 제공하였다. PVOH/CNC 내층은 가스 장벽 능력을 제공하였다:
- ~ 1.2 ㎛의 두께를 갖는 B층을 구비한 이 구조물은 80% RH에서 OTR~4 를 가졌다.
- ~ 2.4 ㎛의 두께를 갖는 B층을 구비한 이 구조물은 80% RH에서 OTR~2 를 가졌다.
- ~ 4 ㎛의 두께를 갖는 B층을 구비한 이 구조물은 80% RH에서 OTR~1 를 가졌다.
- ~ 5 ㎛의 두께를 갖는 B층을 구비한 이 구조물은 80% RH에서 OTR < 1 을 가졌다.

Claims (14)

  1. 3개 내지 7개의 재료층으로 구성되는 다층 구조물의 형태인 물품으로서, 상기 다층 구조물은 ABC 형태이고, A, B 및 C 각각은 재료층이며:
    A층은 폴리머 재료, 종이 또는 종이-기반 재료, 폴리머 코팅된 종이-기반 재료, 나노 셀룰로오스 필름, 나노 셀룰로오스/폴리머 필름, 직물 재료, 다공성 재료, 멤브레인 재료, 미네랄 재료, 바니시, 및 금속 재료로부터 선택된 재료를 포함하는 기판이며,
    B층은 나노 결정(CNC) 및 CNC와 적어도 하나의 수용성 또는 수 분산성 첨가제 또는 재료와의 블렌드로부터 선택된 셀룰로오스 나노 재료이며; 상기 층은 금속 나토 입자 재료 및 나노 섬유 셀룰로오스(NFC)가 없으며;
    C층은 폴리머 재료, 종이 또는 종이-기반 재료, 폴리머 코팅된 종이-기반 재료, 나노 셀룰로오스 필름, 나노 셀룰로오스/폴리머 필름, 직물 재료, 다공성 재료, 멤브레인 재료, 미네랄 재료, 바니시, 및 금속 재료로부터 선택된 재료를 포함하는 커버층인, 물품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 물품은 CNC의 층 또는 CNC와 적어도 하나의 첨가제 또는 재료의 블렌드의 층; 기판; 및 커버층으로 구성되는, 물품.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 물품은 CNC와 PVOH의 블렌드의 층; 기판 및 커버층으로 구성되는, 물품.
  4. 청구항 1에 있어서,
    각각의 A, C층은 종이 또는 종이-기반 재료인, 물품.
  5. 청구항 1에 있어서,
    각각의 A, C층은 폴리머 재료, 폴리머 코팅된 종이-기반 재료, 또는 나노 셀룰로오스/폴리머 필름을 갖는, 물품.
  6. 청구항 1에 있어서,
    B층은 PVOH 로 블렌딩된 CNC 로 구성되는, 물품.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 PVOH의 양은 CNC 재료의 0.1 내지 99중량% 범위인, 물품.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 첨가제 또는 재료는 폴리머 또는 가소제; 계면활성제; 입상 재료; 안료; 탄수화물; 염; 도전성 재료; 및 탈산소제(oxygen scavenger)로부터 선택된 첨가제인, 물품.
  9. 청구항 1에 있어서,
    각각의 A, C층은, 다른 것과는 독립적으로, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 비닐 알콜, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리유산, 폴리하이드록시알카노트, 폴리카프로락톤, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 클로라이드, 셀룰로오스, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드, 및 폴리카보네이트로부터 선택된 재료를 갖는, 물품.
  10. 청구항 1에 있어서,
    A, C층 중 하나 또는 모두는 폴리머 코팅된 판지이며, 상기 폴리머는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 비닐 알콜, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리유산, 폴리하이드록시알카노트, 폴리카프로락톤, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 클로라이드, 셀룰로오스, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드, 및 폴리카보네이트로부터 선택되는, 물품.
  11. 청구항 1에 있어서,
    A, B층 및/또는 B, C층은 서로 직접적으로 연관되거나, 또는 프라이머 재료 및 접착 재료로부터 선택된 인터페이스 재료에 의해 분리되는, 물품.
  12. 청구항 1에 있어서,
    3개의 층: 기판층, CNC층, 및 커버층으로 구성되는, 물품.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 다층 구조물은 AABCC, ABCC, AABC, AABCBC, ABCBCC 로부터 선택된 형태를 가지며, A, B, 및 C 각각은 청구항 1에 정의된 바와 같은, 물품.
  14. 청구항 1에 있어서,
    제품, 식품, 액체, 및 약제의 패키징에 사용될 때 제공되는, 물품.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210119697A (ko) * 2020-03-25 2021-10-06 경희대학교 산학협력단 고강도 투명 수분 차단성 셀룰로오스 나노복합 필름
WO2022102902A1 (ko) * 2020-11-11 2022-05-19 에코밴스 주식회사 생분해성 적층 필름 및 이의 제조 방법

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