KR20190092877A - 셀룰로오스 나노파이버를 포함하는 코팅액 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 명세서에는 셀룰로오스 나노파이버를 포함하는 코팅액 조성물, 상기 코팅액 조성물로 형성된 코팅층을 포함하는 포장재 및 상기 코팅액 조성물의 제조방법이 개시된다. 상기 코팅액 조성물은 셀룰로오스 나노파이버와 수용성 고분자 화합물 바인더를 포함하여 포장재의 기재필름을 따로 표면 처리하는 공정 없이 기재표면과의 부착력 또는 밀착력을 향상시켜 주는 효과가 있다.

Description

셀룰로오스 나노파이버를 포함하는 코팅액 조성물{COATING COMPOSITION COMPRISING CELLULOSE NANOFIBERS}
본 명세서에는 셀룰로오스 나노파이버를 포함하는 코팅액 조성물이 개시된다.
셀룰로오스는 자연계에서 석탄 다음으로 다량 존재하는 유기화합물로, 공업적으로 매우 중요한 자원이다. 셀룰로오스는 고등식물 세포벽의 주성분이며 목질부의 대부분을 차지하는 다당류로서, 예를 들어 나무의 약 50%, 목화 (cotton)의 약 98%가 셀룰로오스로 이루어져 있다. 고등식물 이외에도 세균, 바닷말, 해산물인 멍게류의 외피에도 존재하며, 아세트산균의 균체 외분비물에도 함유되어 있다.
셀룰로오스는 냄새가 없는 백색 고체이며 물에 녹지 않고 알칼리에 상당히 강하지만, 산에서는 가수분해되어 글루코오스가 된다. 또한, 셀룰로오스는 균류, 세균, 연체동물 등의 셀룰라아제에 의하여 분해된 후 최종적으로 글루코오스가 된다. 셀룰로오스는 화학 약품에 대한 저항성이 강하고 미생물에도 침식당하지 않아 셀룰로오스 유도체들은 다양한 분야에서 응용되고 있다.
셀룰로오스에서 얻어지는 나노셀룰로오스는 셀룰로오스를 10억분의 1 m 수준으로 분해한 우수한 인장강도를 갖는 유기고분자 물질로서, 각종 목재와 식물자원 등의 천연재료들로부터 얻어지기 때문에 친환경적인 재생자원이다. 나노셀룰로오스의 고분자 복합재 응용은 고분자의 기계적 강도를 현저하게 개선시킬 수 있을 뿐 아니라, 낮은 공기투과도, 우수한 기계적 성질, 투명한 광학적 성질로 인해 식용 및 의약용 포장재료에 널리 이용될 수 있으며, 낮은 열팽창계수에 따라 리튬이온전지용 분리막, 디스플레이, 태양전지, 전자종이, 센서 등에 적용 가능성이 높다. 이에 따라 나노셀룰로오스에 대한 다양한 연구가 활발히 수행되고 있다.
셀룰로오스 원료를 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-N-옥실 (TEMPO로 약칭)과 저가의 산화제인 차아염소산 나트륨의 공존 하에서 처리하면, 셀룰로오스 마이크로피브릴 표면에 카르복실기를 효율적으로 도입할 수 있고 이 카르복실기를 도입한 셀룰로오스계 원료는 수중에서 믹서, 고압 호모게나이저 등의 간단한 기계처리를 함으로써 셀룰로오스 나노파이버 수분산액의 제조가 가능한 것으로 알려져 있다.
이와 같이, 종래의 기술에 따르면 N-옥실 화합물과 브롬화물, 요오드화물 혹은 이들의 혼합물과의 존재 하에서 분말 셀룰로오스를 산화시키고, 얻어진 산화된 분말 셀룰로오스를 압력 100 MPa 이상에서 습식 미립화 처리함으로써 농도 2 wt% 수분산액의 B형 점도 (60 rpm, 20℃)가 500~3000 mPas, 바람직하게는 500~2000 mPas인 높은 유동성을 가지며 높은 투명도를 가지는 셀룰로오스 나노파이버를 제조할 수 있다. 그러나, 종래의 기술은 화학 처리 공정에서 강한 산의 원액이 사용되어 다량의 폐수가 발생하거나 안정성 문제, 친환경적이지 못한 문제가 있다.
한편, 기재필름 (PET, PP, PLA 등)과의 배리어 코팅층의 밀착력 향상을 위하여 실란 커플링제를 사용하여 배리어 코팅층 조성물을 구성하는 것이 알려져 있으나, 표면에 관능기가 없는 기재의 상용화 시 표면 관능기를 도입할 수 있는 재료를 첨가하거나 추가적으로 코팅층을 형성해 주는 공정이 필요하므로 제조 비용의 상승 및 코팅 안정성이 떨어질 수 있는 문제가 있다. 표면에 관능기가 없는 기재의 경우에는 별도의 코로나 처리, 앵커 코팅 처리, 플라즈마 처리, 오존 처리, 프레임 처리 등의 표면 처리를 해야만 배리어 코팅층과의 밀착력을 향상시킬 수 있는 것으로 알려져 있다.
JP 2008-308802 A
일 측면에서, 본 명세서는 친환경적이고 포장재의 기재필름을 따로 표면 처리하는 공정 없이 기재표면과의 부착력 또는 밀착력을 향상시켜 줄 수 있는 셀룰로오스 나노파이버를 포함하는 코팅액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다른 측면에서, 본 명세서는 상기 코팅액 조성물로 형성된 코팅층을 포함하는 포장재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 다른 측면에서, 본 명세서는 상기 코팅액 조성물의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 셀룰로오스 나노파이버; 및 수용성 고분자 화합물 바인더를 포함하는 코팅액 조성물을 제공한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 셀룰로오스 나노파이버는 수용성 상호 충돌 (ACC: Aqueous Counter Collision) 방식으로 제조된 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 수용성 상호 충돌 (ACC: Aqueous Counter Collision) 방식은 2 이상의 노즐을 통해 500 bar 이상의 고압으로 마이크로피브릴 셀룰로오스를 포함하는 수용액을 분사하여 충돌시키는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 수용성 상호 충돌 (ACC: Aqueous Counter Collision) 방식은 충돌 각도 120°, 충돌 방향 3방향으로, 3개의 노즐을 통해 500 내지 2,000 bar의 고압으로 마이크로피브릴 셀룰로오스를 포함하는 수용액을 분사하여 충돌시키는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 셀룰로오스 나노파이버는 코팅액 조성물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 3.0 wt%를 포함하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 수용성 고분자 화합물 바인더는 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스 (hydroxyl propyl methyl cellulose), 2-하이드록시 에틸 셀룰로오스 (2-hydroxy ethyl cellulose), 메틸 셀룰로오스 (methyl cellulose), 에틸 셀룰로오스 (ethyl cellulose), 에틸렌 글리콜 (ethylene glycol), 디에틸렌 글리콜 (diethylene glycol), 트리에틸렌 글리콜 (triethylene glycol) 및 폴리에틸렌 글리콜 (poly(ethylene glycol))로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 수용성 고분자 화합물 바인더는 코팅액 조성물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 3.0 wt%를 포함하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 코팅액 조성물은 포장재용인 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 코팅액 조성물은 코팅 기재필름과의 부착력을 개선하는 것일 수 있다.
다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 상기 코팅액 조성물로 형성된 코팅층을 포함하는 포장재를 제공한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 코팅층은 0.5 내지 2 ㎛의 두께를 갖는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 코팅층이 형성되는 코팅 기재필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리프로필렌 (PP), 폴리에틸렌 (PE), 나일론 (Ny), 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN) 및 폴리이미드 (PI)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 플라스틱 필름인 것일 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 상기 코팅액 조성물의 제조방법으로, 셀룰로오스 나노파이버가 분산된 수용액을 제조하는 단계; 및 상기 수용액에 수용성 고분자 화합물 바인더를 첨가하는 단계를 포함하는 코팅액 조성물의 제조방법을 제공한다.
일 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 친환경적이고 포장재의 기재필름을 따로 표면 처리하는 공정 없이 기재표면과의 부착력 또는 밀착력을 향상시켜 줄 수 있는 셀룰로오스 나노파이버를 포함하는 코팅액 조성물을 제공하는 효과가 있다.
다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 상기 코팅액 조성물로 형성된 코팅층을 포함하는 포장재를 제공하는 효과가 있다.
또 다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 상기 코팅액 조성물의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 코팅액 조성물로 코팅된 포장재 기재필름의 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 명세서의 일 비교예에 따른 셀룰로오스 나노파이버를 포함하는 코팅액 조성물에 의한 코팅 표면의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 셀룰로오스 나노파이버 및 수용성 바인더 (하이드록시프로필메틸셀룰로오스)를 포함하는 코팅액 조성물에 의한 코팅 표면의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 셀룰로오스 나노파이버 및 수용성 바인더 (폴리에틸렌글리콜)를 포함하는 코팅액 조성물에 의한 코팅 표면의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 명세서에 개시된 기술은 셀룰로오스 나노파이버를 포함하는 코팅액 조성물에 관한 것으로서, 식품, 의약품, 전기전자부품소재 등의 포장을 위한 포장재의 기재필름을 코팅하기 위한 것이다.
일 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 셀룰로오스 나노파이버; 및 수용성 고분자 화합물 바인더를 포함하는 코팅액 조성물을 제공한다.
상기 코팅액 조성물은 셀룰로오스 나노파이버 수용액, 즉 셀룰로오스 나노파이버가 분산된 수성 분산액에 수계 타입의 고분자 화합물 바인더를 첨가함으로써, 수용성 기반의 셀룰로오스 나노파이버와의 혼합 및 분산 안정성이 우수하고 기재필름 상에 코팅층 형성 시 기재표면과의 부착력 또는 밀착력이 향상되는 효과가 있다. 또한, 상기 코팅액 조성물은 셀룰로오스 계열의 수용성 고분자 화합물 바인더를 사용함으로써 친환경적인 이점이 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 셀룰로오스 나노파이버는 목질계 (예컨대 활엽수, 침엽수 등) 또는 비목질계 (예컨대 대나무, 목화 등) 셀룰로오스를 기계적 해섬 공정으로 가공하여 제조된 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 셀룰로오스 나노파이버는 불순물 유입이 없는 수용성 상호 충돌 (ACC: Aqueous Counter Collision) 방식으로 제조된 것일 수 있다. 수용성 상호 충돌 방식은 마이크로피브릴 셀룰로오스를 포함하는 수용액을 충돌시켜 셀룰로오스 섬유 체인이 분쇄되는 방식으로, 셀룰로오스 섬유 체인이 고압의 충돌에 의해 나노화되어 셀룰로오스 나노파이버를 얻을 수 있다. 이는 물 이외 별도의 용매를 사용하지 않고 화학적인 처리 없이 물리적인 유체 충돌 방식으로 셀룰로오스 나노파이버 제조가 가능하여 친환경적이다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 수용성 상호 충돌 (ACC: Aqueous Counter Collision) 방식은 2 이상의 노즐을 통해 500 bar 이상의 고압으로 마이크로피브릴 셀룰로오스를 포함하는 수용액을 분사하여 충돌시키는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 수용성 상호 충돌 방식은 500 bar 이상, 1,000 bar 이상 또는 1,500 bar 이상의 고압으로 마이크로피브릴 셀룰로오스를 포함하는 수용액을 분사하여 충돌시키는 것일 수 있다.
다른 예시적인 일 구현예에서, 상기 수용성 상호 충돌 방식은 2,000 bar 이하, 1,500 bar 이하 또는 1,000 bar 이하의 압력으로 마이크로피브릴 셀룰로오스를 포함하는 수용액을 분사하여 충돌시키는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 충돌 횟수는 5회 이상, 10회 이상, 15회 이상 또는 20회 이상인 것일 수 있다. 다른 예시적인 일 구현예에서, 상기 충돌 횟수는 30회 이하, 25회 이하 또는 20회 이하인 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 수용성 상호 충돌 (ACC: Aqueous Counter Collision) 방식은 3개의 노즐을 통해 500 내지 2,000 bar의 고압으로 마이크로피브릴 셀룰로오스를 포함하는 수용액을 분사하여 충돌시키는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 수용성 상호 충돌 (ACC: Aqueous Counter Collision) 방식은 충돌 각도 120°, 충돌 방향 3방향으로, 3개의 노즐을 통해 500 내지 2,000 bar의 고압으로 마이크로피브릴 셀룰로오스를 포함하는 수용액을 분사하여 충돌시키는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 노즐은 0.1 내지 1.0 mm, 0.1 내지 0.8 mm, 0.1 내지 0.6 mm, 0.2 내지 0.5 mm 또는 0.2 내지 0.4 mm의 직경을 갖는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 셀룰로오스 나노파이버는 1 내지 100 nm의 직경 및 1 내지 200 nm의 길이를 갖는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 셀룰로오스 나노파이버는 코팅액 조성물 전체 중량을 기준으로 0.1 wt% 이상, 0.5 wt% 이상, 1.0 wt% 이상, 1.5 wt% 이상, 2.0 wt% 이상 또는 2.5 wt% 이상을 포함하는 것일 수 있다. 다른 예시적인 일 구현예에서, 상기 셀룰로오스 나노파이버는 코팅액 조성물 전체 중량을 기준으로 3.0 wt% 이하, 2.5 wt% 이하, 2.0 wt% 이하, 1.5 wt% 이하, 1.0 wt% 이하 또는 0.5 wt% 이하를 포함하는 것일 수 있다. 또 다른 예시적인 일 구현예에서, 상기 셀룰로오스 나노파이버는 코팅액 조성물 전체 중량을 기준으로 1.65 wt% 이하 또는 1.64 wt% 이하를 포함하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 수용성 고분자 화합물 바인더는 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스 (hydroxyl propyl methyl cellulose), 2-하이드록시 에틸 셀룰로오스 (2-hydroxy ethyl cellulose), 메틸 셀룰로오스 (methyl cellulose), 에틸 셀룰로오스 (ethyl cellulose), 에틸렌 글리콜 (ethylene glycol), 디에틸렌 글리콜 (diethylene glycol), 트리에틸렌 글리콜 (triethylene glycol) 및 폴리에틸렌 글리콜 (poly(ethylene glycol))로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인 것일 수 있다. 상기 수용성 바인더를 첨가함으로써, 코팅성, 코팅 기재필름과의 부착성을 향상시킬 뿐만 아니라 코팅액 조성물의 점도를 증가시켜 분산성 및 분산 안정성을 향상시켜 주는 효과가 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 수용성 고분자 화합물 바인더는 하기 화학식 1의 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스 (hydroxyl propyl methyl cellulose)인 것이 바람직할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
예시적인 일 구현예에서, 상기 수용성 고분자 화합물 바인더는 하기 화학식 2의 폴리에틸렌 글리콜 (poly(ethylene glycol))인 것이 바람직할 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00002
예시적인 일 구현예에서, 상기 수용성 고분자 화합물 바인더는 코팅액 조성물 전체 중량을 기준으로 0.1 wt% 이상, 0.5 wt% 이상, 1.0 wt% 이상, 1.5 wt% 이상, 2.0 wt% 이상 또는 2.5 wt% 이상을 포함하는 것일 수 있다. 다른 예시적인 일 구현예에서, 상기 수용성 고분자 화합물 바인더는 코팅액 조성물 전체 중량을 기준으로 3.0 wt% 이하, 2.7 wt% 이하, 2.5 wt% 이하, 2.3 wt% 이하, 2.0 wt% 이하, 1.7 wt% 이하, 1.5 wt% 이하, 1.3 wt% 이하, 1.0 wt% 이하, 0.7 wt% 이하 또는 0.5 wt% 이하를 포함하는 것일 수 있다. 또 다른 예시적인 일 구현예에서, 상기 수용성 고분자 화합물 바인더는 코팅액 조성물 전체 중량을 기준으로 1.65 wt% 이하 또는 1.64 wt% 이하를 포함하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 셀룰로오스 나노파이버와 수용성 고분자 화합물 바인더는 1:0.1 내지 1:1, 1:0.1 내지 1:0.7, 1:0.1 내지 1:0.5, 1:0.3 내지 1:1, 1:0.3 내지 1:0.7, 1:0.3 내지 1:0.5 또는 1:0.5 내지 1:1의 중량비로 조성된 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 코팅액 조성물은 포장재용인 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 코팅액 조성물은 코팅 기재필름과의 부착력을 개선하는 것일 수 있다.
다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 상기 코팅액 조성물로 형성된 코팅층을 포함하는 포장재를 제공한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 코팅층은 0.5 ㎛ 이상, 1.0 ㎛ 이상 또는 1.5 ㎛ 이상의 두께를 갖는 것일 수 있다. 다른 예시적인 일 구현예에서, 상기 코팅층은 2 ㎛ 이하, 1.5 ㎛ 이하 또는 1.0 ㎛ 이하의 두께를 갖는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 코팅층이 형성되는 코팅 기재필름은 플라스틱 필름인 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 코팅층이 형성되는 코팅 기재필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리프로필렌 (PP), 폴리에틸렌 (PE), 나일론 (Ny), 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN) 및 폴리이미드 (PI)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 플라스틱 필름인 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 코팅 기재필름은 10 내지 200 ㎛의 두께를 갖는 것일 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 상기 코팅액 조성물의 제조방법으로, 셀룰로오스 나노파이버가 분산된 수용액을 제조하는 단계; 및 상기 수용액에 수용성 고분자 화합물 바인더를 첨가하는 단계를 포함하는 코팅액 조성물의 제조방법을 제공한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제조방법은 수용성 상호 충돌 (ACC: Aqueous Counter Collision) 방식으로 셀룰로오스 나노파이버 수용액을 제조하는 단계; 및 상기 수용액에 수용성 고분자 화합물 바인더를 첨가하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 .
본 실시예에서 셀룰로오스 나노파이버 수용액은 수용성 상호 충돌 (ACC: Aqueous Counter Collision) 방식으로 제조하여 사용하였다. 구체적으로, 셀룰로오스 원료인 활엽수와 침엽수를 쯔에쯔펄프 社에서 제공 받아 유체 충돌 장치를 이용하여 충돌 각도 120°, 충돌 방향 3방향, 노즐 직경 0.3 mm로 2000 bar의 고압으로 20회 pass한 셀룰로오스 나노파이버 수용액을 사용하였다. 수용액상 셀룰로오스 나노파이버의 농도는 1.0 wt%로 제조하였다. 이후, 수용성 고분자 화합물 바인더로 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스 (hydroxyl propyl methyl cellulose), 메틸 셀룰로오스 (methyl cellulose), 에틸 셀룰로오스 (ethyl cellulose), 에틸렌 글리콜 (ethylene glycol), 디에틸렌 글리콜 (diethylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜 (poly(ethylene glycol))을 Sigma Aldrich 社로부터 입수하여 각각 셀룰로오스 나노파이버 수용액에 첨가하여 코팅액 조성물을 제조하였다 (표 1 내지 3 참조). 수용성 바인더는 셀룰로오스 나노파이버 수용액 농도 대비 1:0.5~1.5의 무게비로 코팅액을 조성하였고, 코팅액 조성물은 기재필름 위에 코팅층을 형성하였다. 기재필름으로는 PET50 (SKC 社)을 사용하였다. 코로나 처리된 필름 면에 bar coater를 이용하여 두께 1 ㎛의 코팅층을 형성하였다. 코팅 시 건조 온도는 80 ℃에서 2분간 진행하였고, 1회 코팅하여 코팅층을 형성하였다 (도 1 참조).
비교예 .
본 비교예에서 셀룰로오스 나노파이버 수용액은 수용성 상호 충돌 (ACC: Aqueous Counter Collision) 방식으로 제조하여 사용하였다. 구체적으로, 셀룰로오스 원료인 활엽수와 침엽수를 쯔에쯔펄프 社에서 제공 받아 유체 충돌 장치를 이용하여 충돌 각도 120°, 충돌 방향 3방향, 노즐 직경 0.3 mm로 2000 bar의 고압으로 20회 pass한 셀룰로오스 나노파이버 수용액을 사용하였다. 수용액상 셀룰로오스 나노파이버의 농도는 1.0 wt%로 하여 코팅액 조성물을 제조하였다 (표 1 내지 3 참조). 이후, 코팅액 조성물은 수용성 고분자 화합물 바인더 없이 기재필름 위에 코팅층을 형성하였다. 기재필름으로는 PET50 (SKC 社)을 사용하였다. 코로나 처리된 필름 면에 bar coater를 이용하여 두께 1 ㎛의 코팅층을 형성하였다. 코팅 시 건조 온도는 80 ℃에서 2분간 진행하였고, 1회 코팅하여 코팅층을 형성하였다.
실험예 .
상기 실시예 및 비교예의 코팅액 조성물로 코팅층이 형성된 기재필름의 투과도를 측정하기 위해 ASTM D1003에 의한 전광선 투과율과 헤이즈 (haze)를 측정하였다. 코니카미놀타 社의 CM-2000 장비를 활용하여 400 내지 850 nm의 가시광선 파장 범위에서 전광선 투과율과 헤이즈를 측정하였다.
또한, 코팅층의 기재필름과의 부착력을 확인하기 위하여 cross-cut tape test (ASTM D-3559)를 실시하였다. 10 cm2 면적으로 코팅된 필름을 준비하여 100개의 cell로 분할하여 cross-cut하고 3M tape 점착 테이프를 사용하여 코팅 도막면에 붙인 후 45° 각도로 잡아 당겼을 때 떨어지지 않는 도막의 셀의 개수를 측정하여 부착력을 측정하였다. 부착력 0B는 거의 대부분의 면이 떨어진 상태이고, 부착력 1B는 떨어진 면이 35%~65%이고, 부착력 2B는 떨어진 면이 15%~35%이고, 부착력 3B는 떨어진 면이 15%~5%이고, 부착력 4B는 떨어진 면이 5% 정도인 상태이며, 부착력 5B는 떨어진 면이 없고 부드러운 상태를 의미한다.
셀룰로오스 나노파이버 수용성 바인더
(0.5wt%)		 광투과도
(%)		 헤이즈
(%)		 부착력
(B)
활엽수
(1wt%)		 - 89.76 5.5 0
하이드록시프로필메틸셀룰로오스 89.32 5.8 4
메틸셀룰로오스 89.25 5.8 3
에틸셀룰로오스 89.38 5.9 3
에틸렌글리콜 89.28 6.5 2
디에틸렌글리콜 89.56 6.8 3
폴리에틸렌글리콜 89.26 6.5 4
침엽수
(1wt%)		 - 90.38 5.4 0
하이드록시프로필메틸셀룰로오스 90.15 6.0 4
메틸셀룰로오스 89.86 6.5 3
에틸셀룰로오스 89.94 6.3 3
에틸렌글리콜 90.12 6.4 3
디에틸렌글리콜 89.67 6.1 2
폴리에틸렌글리콜 89.94 6.0 4
셀룰로오스 나노파이버 수용성 바인더
(1.0wt%)		 광투과도
(%)		 헤이즈
(%)		 부착력
(B)
활엽수
(1wt%)		 - 89.76 5.5 0
하이드록시프로필메틸셀룰로오스 84.52 10.3 4
폴리에틸렌글리콜 81.50 12.5 4
침엽수
(1wt%)		 - 90.38 5.4 0
하이드록시프로필메틸셀룰로오스 85.20 10.6 4
폴리에틸렌글리콜 81.95 13.8 4
셀룰로오스 나노파이버 수용성 바인더
(1.5wt%)		 광투과도
(%)		 헤이즈
(%)		 부착력
(B)
활엽수
(1wt%)		 - 89.76 5.5 0
하이드록시프로필메틸셀룰로오스 72.50 23.5 5
폴리에틸렌글리콜 68.56 28.5 4
침엽수
(1wt%)		 - 90.38 5.4 0
하이드록시프로필메틸셀룰로오스 74.56 26.5 4
폴리에틸렌글리콜 65.85 30.4 4
표 1에 나타낸 바와 같이, 코팅 기재필름인 PET50에 유체 충돌 장치를 통해 나노화된 셀룰로오스 나노파이버를 포함하는 코팅액 조성물을 코팅하여 부착력 및 광학 특성을 측정한 결과, 광학 특성은 우수하나 부착력이 0B 수준으로 기재표면과의 부착 특성이 현저히 낮은 것을 알 수 있었다.
반면, 부착 특성을 부여하기 위해 수용성 바인더인 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스 (hydroxyl propyl methyl cellulose), 메틸 셀룰로오스 (methyl cellulose), 에틸 셀룰로오스 (ethyl cellulose), 에틸렌 글리콜 (ethylene glycol), 디에틸렌 글리콜 (diethylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜 (poly(ethylene glycol))을 코팅액 조성물에 첨가한 경우, 우수한 광학 특성을 가지면서 기재표면과의 부착 특성이 향상되는 것을 알 수 있었다.
특히, 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스, 폴리에틸렌 글리콜 바인더를 사용한 경우 기재표면과의 부착력이 4B 수준으로 부착 특성이 현저하게 향상되었다.
이에 따라, 본 명세서에 따른 코팅액 조성물은 수용성 바인더의 첨가 없이 셀룰로오스 나노파이버를 포함하는 코팅액 조성물로 코팅하였을 때와 큰 차이가 없는 투과도를 확보하면서 기재표면과의 부착력 향상을 위해 기재필름을 표면 처리해야 하는 별도의 공정 없이 기재표면과의 부착력이 높은 코팅층 형성이 가능하여 친환경적이고 경제성을 확보하는 효과가 있음을 확인하였다.
또한, 표 2 및 3에 나타낸 바와 같이, 조성물 내 수용성 바인더의 함량이 증가할수록 광투과도는 감소하고 헤이즈는 증가하여 투명 필름으로써는 그 가치가 떨어질 수 있으므로 수용성 바인더는 코팅액 조성물 전체 중량을 기준으로 3.0 wt%, 2.0 wt%, 1.65 wt% 또는 1.5 wt%를 초과하지 않는 것이 광학 특성 면에서 바람직할 수 있음을 확인하였다.
이상, 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시 태양일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.

Claims (13)

  1. 셀룰로오스 나노파이버; 및
    수용성 고분자 화합물 바인더를 포함하는 코팅액 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 셀룰로오스 나노파이버는 수용성 상호 충돌 (ACC: Aqueous Counter Collision) 방식으로 제조된 것인, 코팅액 조성물.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 수용성 상호 충돌 (ACC: Aqueous Counter Collision) 방식은 2 이상의 노즐을 통해 500 bar 이상의 고압으로 마이크로피브릴 셀룰로오스를 포함하는 수용액을 분사하여 충돌시키는 것인, 코팅액 조성물.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 수용성 상호 충돌 (ACC: Aqueous Counter Collision) 방식은 충돌 각도 120°, 충돌 방향 3방향으로, 3개의 노즐을 통해 500 내지 2,000 bar의 고압으로 마이크로피브릴 셀룰로오스를 포함하는 수용액을 분사하여 충돌시키는 것인, 코팅액 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 셀룰로오스 나노파이버는 코팅액 조성물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 3.0 wt%를 포함하는 것인, 코팅액 조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 수용성 고분자 화합물 바인더는 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스 (hydroxyl propyl methyl cellulose), 2-하이드록시 에틸 셀룰로오스 (2-hydroxy ethyl cellulose), 메틸 셀룰로오스 (methyl cellulose), 에틸 셀룰로오스 (ethyl cellulose), 에틸렌 글리콜 (ethylene glycol), 디에틸렌 글리콜 (diethylene glycol), 트리에틸렌 글리콜 (triethylene glycol) 및 폴리에틸렌 글리콜 (poly(ethylene glycol))로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인 것인, 코팅액 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 수용성 고분자 화합물 바인더는 코팅액 조성물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 3.0 wt%를 포함하는 것인, 코팅액 조성물.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 코팅액 조성물은 포장재용인, 코팅액 조성물.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 코팅액 조성물은 코팅 기재필름과의 부착력을 개선하는 것인, 코팅액 조성물.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항의 코팅액 조성물로 형성된 코팅층을 포함하는 포장재.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 코팅층은 0.5 내지 2 ㎛의 두께를 갖는 것인, 포장재.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 코팅층이 형성되는 코팅 기재필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리프로필렌 (PP), 폴리에틸렌 (PE), 나일론 (Ny), 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN) 및 폴리이미드 (PI)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 플라스틱 필름인 것인, 포장재.
  13. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항의 코팅액 조성물의 제조방법으로,
    셀룰로오스 나노파이버가 분산된 수용액을 제조하는 단계; 및
    상기 수용액에 수용성 고분자 화합물 바인더를 첨가하는 단계를 포함하는 코팅액 조성물의 제조방법.
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