KR20190098148A - 중합체 필름 및 그로부터 생산된 패키지 - Google Patents

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KR20190098148A
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데이비드 토마스 스텔
로버트 제임스 매시
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 중합체 층을 포함하는 지지체 층; 폴리에틸렌 열 밀봉 층 및 중간 박리성 층을 포함하는, 열 밀봉성 다층 필름에 관한 것이다. 본 발명에 따른 다층 필름을 포함하는 열 밀봉된 패키지는 밀봉 조건과 실질적으로 무관하고 박리시 실질적으로 스트링잉이 없는 적절한 박리 강도를 특징으로 하는 박리 가능한 밀봉을 갖는다.

Description

중합체 필름 및 그로부터 생산된 패키지
본 발명은 필름과 기재 사이에 박리성 밀봉을 제공하기 위해 상기 기재에 열-밀봉될 수 있는 다층 필름에 관한 것이다.
중합체 필름과 다양한 표면 사이의 박리성 밀봉은 포장 기술분야, 예를 들어 식료품 및 의료 기기의 포장에 잘 알려져 있으며 예를 들어, US　6,245,176　B1; EP　0　258　527　A1 및 EP　0　746　468　A1에 개시되어 있다. 그러한 밀봉을 박리시키는 능력은 일반적으로 밀봉된 패키지의 개방을 용이하게 하며, 또한 그러한 밀봉은 종종 일단 박리되면 손상의 증거를 제공한다.
이러한 밀봉을 박리시킬 수 있는 메카니즘과 이를 수행하는데 필요한 힘은 통상적으로 열 밀봉을 형성하는데 관련된 재료에 따라 달라질 것이다. 그러나, 박리는 밀봉 영역 내의 상이한 재료들 사이의 경계의 분리, 또는 밀봉 영역을 통한 중합체 층의 내부 파열을 포함할 것이다.
일반적으로, 밀봉이 박리되는 능력은, 필름의 열 밀봉 층의 조성 및 열 밀봉되는 표면을 형성하는 재료 둘 다에 의존한다. 따라서, 필름과 그것이 밀봉되는 표면 사이의 계면에서의 비상용성이 높고, 허용할 수 없을 정도로 낮은 밀봉 강도가 낮아서 그 결과 열 밀봉이 너무 강해서 필름의 인열이 발생하기 전에 이들은 박리되지 않을 것이다.
열 밀봉 층/제품 계면에서 박리는 열 밀봉 층 및 열-밀봉될 제품에 대한 중합체의 적합한 선택에 의해 가능할 수 있지만, 이러한 접근법은 다른 재료, 예를 들어 비코팅된 종이와 같은 섬유질 재료 및 DuPont이 "Tyvek" 상표로 판매하는 재료와 같은 다른 섬유성 부직 재료를 다룰 때에는 불가능하다. 종이와 Tyvek®은 의료 장비의 포장 재료로서 널리 사용되기 때문에 이것은 심각한 결핍이다.
열 밀봉의 강도가 박리성을 결정하지 않기 때문에, 이들의 구조 내에서 층간 경계 (inter-ply boundary)에서 훼손에 의해 박리되는 열 밀봉성 필름은 예를 들어 종이 및 열가소성 중합체와 같은 다양한 재료로 박리성 밀봉을 형성하는데 사용될 수 있다. 밀봉의 박리가 (1) 박리 초기에 밀봉 층을 파단시킨 후, (2) 열 밀봉 영역에서 박리하고, (3) 박리의 말미에 밀봉 층을 파괴함으로써 열 밀봉성 필름의 두께 내에서 발생하기 때문에, 필름의 일부는 반드시 열 밀봉된 표면에 부착된 상태로 남아 있어 열 밀봉 영역의 가장자리로부터 매달려 있는 중합체에 줄이 생긴다.
층 경계에서의 박리에 대한 대안으로서, 비교적 낮은 내부 응집 강도를 갖는 적어도 하나의 외부 층을 포함하는 열 밀봉성 필름의 사용에 의해 박리성 열 밀봉을 형성하는 것이 또한 제안되었다. 이어서 박리는 그 두께 내에서 이 층을 파열시킴으로써 일어나며, 그 결과 열 밀봉 영역이 개방될 때, 이 층의 일부는 박리된 필름 상에 잔류하고 또한 필름이 열 밀봉된 표면 상에 잔류하게 된다. 이러한 필름의 박리는 일반적으로 필름이 열 밀봉되는 표면의 성질에 의존한다. 스트링잉 (stringing) 및 결과적인 가능한 오염은, 필름 외부의 파열보다는 낮은 내부 응집력을 갖는 층 내에서의 박리가 열 밀봉 영역 외부에서 계속되는 경향이 있기 때문에 그러한 필름에서 문제가 될 수 있다.
두께 내에서 파열에 의해 박리되는 밀봉을 생산하는데 사용될 수 있는 층의 예는 열가소성 중합체와 비상용성 충전제의 블렌드를 포함한다. 이러한 충전제는 무기 미립자 또는 비상용성 중합체일 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 이러한 층이 단지 인열되기 보다는 내부적으로 파열되기 위해서는 이들은 인접 층에 대한 결합 강도가 층 자체의 내부 강도보다 강할 필요가 있을 것이다.
박리시 스트링잉을 감소시키기 위해, EP　0　971　819　A1에는 상기 온도에서 섬유질 재료의 섬유질 구조 내로 유입되어 관통할 열 밀봉 온도에서 점도를 갖는 외부 중합체성 열 밀봉 층, 열 밀봉된 필름이 박리될 때 응집적으로 분열 가능한, 열 밀봉 층과 접촉하는 중간 중합체 층, 및 적어도 하나의 추가의 중합체 층을 포함하는 열 밀봉성 중합체 필름을 포함하며, 상기 열 밀봉 층은 박리가 발생하는 온도에서 상기 중간 층보다 파단되기 쉽고 박리가 중간 층을 통해 계속되는 것이 개시되어 있다.
열 밀봉 온도에서 열 밀봉 층의 적절한 점도 및 박리 온도에서 파열되는 경향은 70 내지 95 중량%의 폴리에틸렌 또는 에틸렌/프로필렌 공중합체 및 5 내지 30 중량%의 폴리-디-펜텐 또는 폴리테르펜, 알파-메틸 스티렌 수지, 비닐톨루엔/알파-메틸 스티렌 수지 또는 개질된 방향족 수지를 포함하는 첨가제를 함유하는 블렌드로부터 수득된다.
열 밀봉된 필름이 박리될 때 층 내에서 용이하게 분열시키기 위해 중간층은 35 내지 85 중량%의 폴리에틸렌 또는 에틸렌/프로필렌 공중합체 및 15 내지 65 중량%의 탈크의 블렌드를 포함하며, 여기서 폴리에틸렌 또는 에틸렌/프로필렌 공중합체는 부분적으로 비상용성 중합체로 대체될 수 있다.
현저한 스트링잉이 없는 정확한 박리 강도가 관찰되지만, 점도를 조절하고 취화를 달성하기 위한 밀봉 층에서의 저분자량 탄화수소 수지의 존재는 열 밀봉성 필름의 가공 동안에 뿐만 아니라 열 밀봉 동안에도 불쾌한 연기 (fume)를 생성한다.
EP　0　746　468은 폴리프로필렌 중합체의 기저층, 상기 기저층 상의 비공극 (non-voided) 중간 층, 및 상기 중간층 상의 열 밀봉성 중합체 층을 포함하는 다층 중합체 필름으로서, 상기 비 공극 중간층은 상기 기저층 또는 상기 열 밀봉성 층에 대한 상기 중간 층의 결합 강도보다 작고 상기 기저층 또는 상기 열 밀봉성 층의 내부 응집 강도보다 작은 내부 응집 강도를 갖는 것을 개시한다.
중간층은 프로필렌 중합체 ? 에틸렌 중합체의 블렌드를 포함하며; 열 밀봉성 중합체 층은 올레핀 공중합체, 보다 특히 적어도 2개의 에틸렌, 프로필렌 및 부탄-1로부터 유도된 단위를 함유하는 공중합체, 바람직하게는 프로필렌/에틸렌 공중합체 및/또는 프로필렌/에틸렌/ 부탄1 3량체로부터 선택될 수 있다. 모든 예들의 밀봉 층은 4중량%의 에틸렌을 함유하는 프로필렌/에틸렌 공중합체로 이루어진다.
EP　2　216　368은 하기를 포함하는 밀봉제용 수지 조성물을 개시한다:
- 10 내지 70 중량% 양의, 0.900 내지 0.960 g/m3의 밀도 (ASTM D 1505) 및 0.1 내지 70 g/10 분의 용융 유속 (ASTMD1238, 190℃; 2.16의 하중)을 갖는 에틸렌 중합체;
- 10 내지 80 중량% 양의 프로필렌 중합체;
- 10 내지 70 중량% 양의 부텐 중합체.
상기 수지 조성물을 포함하는 밀봉재 층은 높은 밀봉성 및 용이한 박리성을 허용한다. 지지체와 밀봉 층 사이의 접착 강도가 충분하지 않은 열 밀봉성 다층 필름의 경우 중간 접착제 층이 사용될 수 있다.
EP　0　746　468과 EP　2　216　368은 박리시 밀봉 층의 파열 경향 또는 상기 밀봉 층의 두께 내에서 파열되기 위해 충족되는 밀봉 층 중합체 특성을 다루지 않는다.
상기 언급된 최신 시스템의 관련 이점에 반대하지 않고도 단점이 여전히 존재하며 개선이 바람직하다.
본 발명은 실질적으로 밀봉 상태와 무관하고 상기 열 밀봉된 필름을 박리할 때 실질적으로 스트링잉(stringing)이 없는 적절한 박리 강도를 특징으로 하여 박리 가능한 열 밀봉성 패키지를 제조하기 위한 열 밀봉성 다층 필름을 제공하는 것을 목적으로 하며, 상기 열 밀봉성 다층 필름은 연기의 실질적인 발생 없이 생산되고 밀봉되며 상기 밀봉성 다층 필름은 밀봉 층 및 박리성 중간 층 둘 다는 최소 두께를 가짐을 추가의 특징으로 한다.
본 발명은 다음을 포함하는 열 밀봉성 다층 필름 (A)을 개시한다:
a) 적어도 하나의 중합체 층을 포함하는 지지체 층;
b) 폴리에틸렌 열 밀봉 층으로서, 상기 폴리에틸렌은 2.16 kg의 하중으로 190℃에서 ASTM D1238에 따라 측정된 용융 유동 지수가 2 내지 110 g/10분, 바람직하게는 8 내지 100 g/10분, 보다 바람직하게는 20 내지 80 g/10분, 가장 바람직하게는 30 내지 70 g/10분을 포함함을 특징으로 하는 폴리에틸렌 열 밀봉 층; 및
c) 상기 지지체 층 (a) 및 열 밀봉 층 (b)을 접촉하는 중간 박리성 층으로서, 상기 중간층 (c)은 50 내지 95 중량%, 바람직하게는 70 내지 90 중량%의 폴리에틸렌 및 5 내지 50 중량%, 바람직하게는 10 내지 30 중량%의 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리스티렌 (PS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜 공중합체 (PETG), 스티렌 부타디엔 스티렌 공중합체 (SBS), 사이클릭 올레핀 공중합체 (COC), 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA), 스티렌 메틸 메타크릴레이트, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 (ABS), 및 탈크로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함하며, 상기 중간층 (c)은 상기 중간층 (c)의 상기 지지체 층 (a) 또는 상기 열 밀봉성 층 (b) 중 어느 하나에 대한 결합 강도보다 작은 내부 응집 강도를 갖고 상기 지지체 층 (a) 또는 상기 열 밀봉성 층 (b) 중 어느 하나의 내부 응집 강도보다 작으며;
여기서:
- 상기 지지체 층 (a)은 70 내지 94 중량%, 바람직하게는 80 내지 90 중량%의 다층 필름을 나타내며;
- 상기 폴리에틸렌 열 밀봉 층 (b)은 3 내지 15 중량%, 바람직하게는 5 내지 10 중량%의 다층 필름을 나타내며;
- 상기 중간층 (c)은 3 내지 15 중량%, 바람직하게는 5 내지 10 중량%의 다층 필름을 나타내며;
(a), (b), (c)의 총 중량%는 100이다.
본 발명의 바람직한 양태는 다음 특징 중 하나 이상을 개시한다:
- 지지체 층 (a)의 적어도 하나의 중합체는 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리에스테르-글리콜 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 아크릴레이트 이오노머, 에틸렌 아크릴레이트 3량체 및 스티렌-부타디엔 공중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
- 지지체 층 (a)은 하기를 포함하는 다층이다:
- 폴리프로필렌의 층 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 층; 또는
- 저밀도 폴리에틸렌의 층 및 나일론 6의 층; 또는
- 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체의 층, 에틸렌 아크릴레이트 이오노머의 층 및 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체의 층; 또는
- 고밀도 폴리에틸렌의 층 및 저밀도 폴리에틸렌의 층; 또는
- 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 층 및 저밀도 폴리에틸렌의 층;
- 폴리에틸렌 열 밀봉 층 (b)은 저밀도 폴리에틸렌 열 밀봉 층이다;
- 폴리에틸렌 열 밀봉 층 (b)은 층을 취화시키는 첨가제를 실질적으로 함유하지 않는다;
- 중간층 (c)의 폴리에틸렌은 적어도 80 중량%, 바람직하게는 적어도 90 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 95 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 99 중량%의 중합된 에틸렌을 포함한다;
- 중간층 (c)의 폴리프로필렌 또는 폴리부틸렌은 5 중량% 이하, 바람직하게는 3 중량% 이하, 보다 바람직하게는 2 중량% 이하, 가장 바람직하게는 1 중량% 이하의 공중합된 에틸렌 함량을 포함한다;
- 중간 박리성 층 (c)의 두께는 2 내지 20 ㎛, 바람직하게는 4 내지 15 ㎛로 구성된다;
- 열 밀봉 층 (b)의 두께는 2 내지 20 ㎛, 바람직하게는 4 내지 15 ㎛로 구성된다;
- 열 밀봉 층 (b)에 사용된 중합체는 ASTM D638에 따라 기계 방향으로 500 % 미만, 바람직하게는 200 % 미만, 보다 바람직하게는 100 % 미만의 파단시 신율을 특징으로 한다;
- 열 밀봉 층 (b)에 사용된 중합체는 ASTM D638-14에 따라 기계 방향으로 13 MPa 미만, 바람직하게는 10 MPa 미만, 보다 바람직하게는 8 MPa 미만의 파단시 인장 강도를 특징으로 한다.
또한 본 발명은 열 밀봉성 다층 필름 (A) 및 상기 열 밀봉 층 (b)과 접촉하는 기재 (B)를 포함하는 열 밀봉된 패키지를 개시하며, 상기 기재는 추가의 중합체 필름, 코팅된 종이, 비코팅된 종이, 판지, 금속 호일, 셀룰로오스 부직포, 중합체성 부직포 및 직포로 이루어진 그룹으로부터 선택되며, 여기서, 상기 추가의 중합체 필름은 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리비닐 클로라이드, 에틸렌 비닐 아세테이트, 및 고충격 폴리스티렌으로 이루어진 그룹으로부터 선택되며, ASTM F88에 따라 측정된 박리 강도를 특징으로 하는 상기 열 밀봉된 패키지는 2.0 내지 6.0 N/15 mm, 바람직하게는 2.5 내지 5.0 N/15 mm, 보다 바람직하게는 2.5 내지 4 N/15 mm를 포함하며, 파열이 중간 박리성 층 (c) 내부에 존재한다.
본 발명은 또한 기재 (B)를 열 밀봉성 다층 필름 (A)의 열 밀봉 층 (b)과 접촉시키는 단계, 0.2 내지 3 초, 바람직하게는 0.5 내지 2 초를 포함하는 체류 시간 및 100 내지 600 kPa, 바람직하게는 150 내지 400 kPa를 포함하는 압력을 사용하여 100 내지 180 ℃, 바람직하게는 120 내지 160 ℃를 포함하는 온도에서 밀봉하는 단계 및 상기 열 밀봉된 패키지를 냉각시키는 단계를 포함하는, 열 밀봉된 패키지의 제조 방법을 개시한다.
본 발명의 열 밀봉된 패키지의 제조 방법의 바람직한 양태는 다층 필름(A)을 기재 (B)와 접촉시키기 전에 열 밀봉 층 (b)에 플라즈마 처리, 바람직하게는 코로나-플라즈마 처리를 수행하는 추가 단계를 개시한다.
본 발명은 실질적으로 밀봉 상태와 무관하고 상기 열 밀봉된 필름을 박리할 때 실질적으로 스트링잉이 없는 적절한 박리 강도를 특징으로 하여 박리 가능한 열 밀봉성 패키지를 제조하기 위한 열 밀봉성 다층 필름을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 기재에 열 밀봉하려 할 때의 본 발명에 따른 필름을 통한 단면을 나타낸다.
도 2는 기재에 열 밀봉된, 도 1의 필름을 통한 단면을 나타낸다.
도 3은 박리된 후의 도 2의 열 밀봉을 나타낸다.
본 발명에 따르면, 지지체 층을 포함하는 열 밀봉성 다층 필름이 제공되며 상기 지지체 층은 적어도 하나의 중합체 층, 폴리에틸렌 열 밀봉 층 (상기 폴리에틸렌은 ASTM D1238에 따라 190℃에서 2.16 kg의 하중으로 측정한 용융 유동 지수가 적어도 2g/10 분임을 특징으로한다) 및 지지체 층 및 열 밀봉 층과 접촉하는 중간 중합체 층 (상기 중간 중합체 층은 열 밀봉된 필름을 박리할 때 응집적으로 분열 가능할 수 있으며, 상기 열 밀봉 층은 박리가 발생하는 온도에서 중간층보다 부서지기 쉬워서 열 밀봉 층이 파열되어 박리가 중간층의 두께를 통해 계속된다)을 포함한다.
본 발명의 열 밀봉성 다층 필름의 지지체 층은 적어도 하나의 중합체 층을 포함하며, 상기 적어도 하나의 중합체 층은 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 중간-밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리에스테르-글리콜 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 아크릴레이트 이오노머, 에틸렌 아크릴레이트 3량체, 및 스티렌-부타디엔 공중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 중합체를 포함한다.
바람직하게는, 상기 지지체 층은 다층으로, 바람직하게는 폴리프로필렌의 층 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 층; 또는 저밀도 폴리에틸렌의 층 및 나일론 6의 층; 또는 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체의 층, 에틸렌 아크릴레이트 이오노머의 층 및 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체의 층; 또는 고밀도 폴리에틸렌의 층 및 저밀도 폴리에틸렌의 층; 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 층 및 저밀도 폴리에틸렌의 층을 포함하는 다층이다.
상기 지지체 층은 일반적으로 10 내지 600 ㎛, 바람직하게는 20 내지 100 ㎛로 구성된 전체 두께를 특징으로 한다.
열 밀봉 층의 폴리에틸렌에 의해, 본 발명은 에틸렌의 중합으로부터 제조된 단독중합체 및 에틸렌과 아크릴레이트 에스테르, 메타크릴레이트 에스테르, 비닐 알카노에이트 및 알파 올레핀으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 에틸렌성 불포화 단량체의 공중합으로부터 제조된 공중합체를 의미한다.
열 밀봉 층의 폴리에틸렌은 바람직하게는 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리(에틸렌 비닐아세테이트), 폴리(에틸렌 메틸 아크릴레이트) 및 폴리(에틸렌 부틸 아크릴레이트)로부터 선택되며, 190℃에서 2.16 kg의 하중으로 ASTM D1238에 따라 측정된 융용 유동 지수가 2 내지 110 g/10분, 바람직하게는 8 내지 100 g/10분, 보다 바람직하게는 20 내지 80 g/10분, 가장 바람직하게는 30 내지 70 g/10분을 포함함을 특징으로 한다.
열 밀봉 층의 폴리에틸렌은 바람직하게는 저밀도 폴리에틸렌이다.
열 밀봉 층은 70 중량% 초과, 바람직하게는 80 중량% 초과, 보다 바람직하게는 90 중량% 초과, 가장 바람직하게는 95% 초과의 폴리에틸렌, 바람직하게는 저밀도 폴리에틸렌을 포함한다.
본 발명의 다층 필름의 열 밀봉 층은 상기 층을 취화시키는 첨가제를 실질적으로 함유하지 않는다.
취성을 발생시키는 첨가제의 예는 폴리-디-펜텐 또는 폴리테르펜, 알파-메틸 스티렌 수지, 비닐톨루엔/알파-메틸 스티렌 수지, 개질된 방향족 수지 또는 수소화 탄화수소 수지이다.
실질적으로 함유하지 않는다란 본 발명에서 열 밀봉 층이 5 중량% 미만, 바람직하게는 3 중량% 미만, 보다 바람직하게는 1 중량% 미만, 가장 바람직하게는 0.5 중량% 미만 또는 심지어 0.1 중량% 미만의, 상기 층을 취화시키는 첨가제를 포함함을 의미한다.
바람직하게는, 열 밀봉 층은 상기 층을 취화시키는 첨가제를 포함한다.
열 밀봉 층은 일반적으로 2 내지 20 ㎛, 바람직하게는 4 내지 15 ㎛의 두께를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명자들은 단락 [0031]에 명시된 바와 같이 용융 유동 지수에 대한 특정 특성에 응답하는 폴리에틸렌 열 밀봉 층이 적절한 밀봉 조건 하에서 밀봉될 때 양호한 밀봉을 허용하고 박리 온도에서 박리시 상기 층의 두께 내에서 파열되기에 충분한 취화를 허용한다는 것을 발견했다.
약 10 ㎛의 두께에서, 폴리에틸렌 열 밀봉 층은 추가로 ASTM D638에 따라 500 % 미만, 바람직하게는 200 % 미만, 더욱 바람직하게는 100 % 미만의 기계 방향에서의 파단시 신율 및 ASTM D638-14에 따라 13 MPa 미만, 바람직하게는 10 MPa 미만, 보다 바람직하게는 8 MPa 미만의 기계 방향에서의 파단시 인장 강도를 특징으로 한다.
중간 중합체 층은 폴리에틸렌, 및 폴리에틸렌과 비상용성인, 바람직하게는 폴리에틸렌과 상용성인 폴리(알파)올레핀과 비상용성인 제2 중합체, 및/또는 탈크의 블렌드를 포함한다.
바람직하게는, 제2 중합체는 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리스티렌 (PS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜 공중합체 (PETG), 스티렌 부타디엔 스티렌 공중합체 (SBS), 사이클릭 올레핀 공중합체 (COC), 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA), 스티렌 메틸 메타크릴레이트, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 (ABS)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 바람직하게는, 제2 중합체는 폴리프로필렌 또는 폴리부틸렌이며, 여기서 폴리프로필렌은 바람직하게는 단독중합체 또는 프로필렌과 에틸렌의 공중합체이며, 상기 공중합체는 5 중량% 이하, 바람직하게는 3 중량% 이하, 보다 바람직하게는 2 중량% 이하, 가장 바람직하게는 1 중량% 이하의 공중합된 에틸렌 함량을 가지며, 폴리부틸렌은 바람직하게는 단독중합체 또는 부틸렌, 바람직하게는 알파 부틸렌 및 에틸렌의 공중합체이며, 상기 공중합체는 5 중량% 이하, 바람직하게는 3 중량% 이하, 보다 바람직하게는 2 중량% 이하, 가장 바람직하게는 1 중량% 이하의 공중합된 에틸렌 함량을 갖는다.
중간층의 폴리에틸렌은 바람직하게는 적어도 80 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 90 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 95 중량%, 또는 심지어 적어도 99중량%의 중합된 에틸렌을 포함하며, 나머지 중량%는 공중합된 C4 내지 C8 알파 올레핀을 포함한다.
중간층은 50 내지 95 중량%, 바람직하게는 70 내지 90 중량%의 폴리에틸렌 및 5 내지 50 중량%, 바람직하게는 10 내지 30 중량%의 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리스티렌 (PS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜 공중합체 (PETG), 스티렌 부타디엔 스티렌 공중합체 (SBS), 사이클릭 올레핀 공중합체 (COC), 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA), 스티렌 메틸 메타크릴레이트, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 (ABS) 및 탈크로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질을 포함한다.
중간층은 일반적으로 2 내지 20 ㎛, 바람직하게는 4 내지 15 ㎛를 포함하는 두께를 특징으로 한다.
중간층으로서 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 및/또는 폴리부틸렌을의 블렌드는 상기 밀봉 층의 균일한 평평한 표면을 갖는 열 밀봉 층의 감소된 두께를 허용한다.
본 발명에 따른 다층 필름은 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 그러나, 일반적으로 최종 필름의 여러 층에 필요한 중합체 및 첨가제의 용융물을 공 압출한 후 냉각시켜 필름 형태의 중합체를 고형화함으로써 제조하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 본 발명의 필름은 배향되지 않을 것이지만, 원한다면 예를 들면, 공지된 방법을 사용하여 일축 또는 이축으로 배향될 수 있다. 또 다른 방법은 본 발명의 필름, 예를 들어 고밀도 폴리에틸렌의 외층, 저밀도 폴리에틸렌의 중간층, 중간 박리성 층, 및 외부 열 밀봉성 층으로 이루어진 4층 필름, 또 다른 필름, 예를 들어 폴리아미드 (나일론), 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리비닐 클로라이드, 또는 폴리에스테르-글리콜 공중합체의 또 다른 필름, 또는 포일을 적층하는 것이다.
본 발명에 따른 필름은 또한 열 밀봉 층 및 중간 박리성 층을 적합한 지지체 층 상에 공압출 코팅함으로써 제조되거나, 열 밀봉 층, 중간 박리성 층 및 폴리에틸렌 층을 적합한 지지체 층 상에 공압출 코팅함으로써 제조될 수 있다.
본 발명의 열 밀봉성 다층 필름은 상기 다층 필름을 추가의 첨가제, 다층 필름, 금속 호일, 코팅된 종이 또는 섬유성 기재, 예를 들어, 비코팅된 종이, 판지, 셀룰로오스 부직포, 중합체성 부직포, 예를 들어, DuPont이 "Tyvek" 상표로 판매하는 재료 및 직포일 수 있는 기재에 열 밀봉을 통해 박리성 열 밀봉된 패키지의 제조를 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 다층 필름을 기재에 열 밀봉하는 것은 0.2 내지 3초, 바람직하게는 0.5 내지 2초의 체류 시간 및 100 내지 600 kPa, 바람직하게는 150 내지 400 kPa를 포함하는 압력을 사용하여 100 내지 180℃, 바람직하게는 120 내지 160℃를 포함하는 온도에서 수행된다.
본 발명의 다층 필름이 추가의 중합체 또는 다층 필름에 열 밀봉되는 특별한 경우에 있어서, 상기 추가의 중합체 또는 다층 필름은 열 밀봉시 본 발명의 다층 필름의 폴리에틸렌 열 밀봉 층과 접촉하는 외부 폴리에틸렌 열 밀봉 층을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다층 필름의 열 밀봉 층의 폴리에틸렌의 용융 유동 지수는 열 밀봉을 형성하기 위해 사용되는 온도, 예를 들어 110 내지 180℃에서 열 밀봉 층과 기재 사이의 충분한 기계적 맞물림 및 화학적 고정이 보장되도록 해야 한다.
본 발명의 다층 필름의 폴리에틸렌 열 밀봉 층을 바람직하게는 기재에 접촉하여 열 밀봉하기 전에 플라즈마 처리, 보다 바람직하게는 10 내지 30 kHz 범위의 주파수 전력에서코로나-플라즈마 처리한다.
본 발명에 따른 다층 필름은 최단 경로를 통해 밀봉 층을 파열시킨 후, 중간층을 통해 박리하는 전자 현미경 검사 (중간층의 두께 내에서 응집적으로 분열시킴)의 양호한 증거를 나타내었다.
본 발명의 다층 필름 및 상기 기재로부터 제조된 박리성 패키지는 중간층의 기계적 성질에 주로 의존하는 박리 강도의 결과로서 열 밀봉 온도에 관계없이 ASTM F88에 따라 측정된 10 N/15 mm 미만의 실질적으로 일정한 박리 강도를 나타내었고 열 밀봉의 강도는 그렇지 않았다.
ASTM F88에 따라 측정된 박리 강도는 바람직하게는 1.0 내지 8.0 N/15 mm, 보다 바람직하게는 2.0 내지 6.0 N/15 mm, 가장 바람직하게는 2.5 내지 5 N/15 mm이며 바람직하게는 열 밀봉 층의 기재에 대한 결합 강도 미만이다.
섬유성 기재에 열 밀봉된 다층 필름의 특정 경우에 있어서, 다층 필름의 박리를 수행하는 데 필요한 단위 면적당 힘은 필름이 그러한 재료에 열 밀봉될 때 섬유 재료로부터 섬유를 제거하는 데 필요한 단위 면적당 힘보다 작은 것이 특히 바람직하다.
도 1은 열 밀봉 바 (1)를 사용하여 기재 (B)에 열 밀봉되기 전에 본 발명에 따른 필름 (A)을 도시하며, 상기 필름 (A)은 열 밀봉 층 (b), 중간 박리성 층 (c) 및 지지체 층 (a)으로 이루어진다.
이어서 필름 (A)은 도 2에 나타낸 바와 같이 기재 (B)를 열 밀봉하여 열 밀봉 영역 (2)을 형성한다. 알 수 있는 바와 같이, 열 밀봉 층 (b)은 열 밀봉 영역 (2)에 나타낸 바와 같이 기재로 부분적으로 침투하고, 기재 (B)는 이제 중간 박리성 층 (c)과 접촉하고 있다. 열 밀봉 영역 (2)의 외측에서, 기재 (B)는 열 밀봉 층 (b)과 접촉하지만 이와 접착되지는 않는다.
이어서 필름 (A)을 도 3에 나타낸 바와 같이 박리하여 박리된 시일을 제조하고, 취성 밀봉 층은 최단 경로 (3)를 통해 중간 박리성 층으로 파열되고, 중간 박리성 층은 그의 두께 내에 응집력이 있는 (4)로 분할되어 열 밀봉 영역 (2) 내의 기재 (B) 상에 일부를 남는 반면, 일부는 이 구역 내 필름 (A)에 남아 있다.
열 밀봉 층 (b)의 취성 성질은 열 밀봉 영역 (2)의 양측 상에서 깨끗하게 파단되도록 하여 스트링잉을 피한다.
실시예
하기 예시적 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일뿐 본 발명의 범위를 제한하거나 달리 정의하려는 것은 아니다.
실시예 1
슬롯 다이를 통해 적절한 필름의 용융물 (주조 동시압출 온도: 260℃; 주조 동시압출 라인 속도: 20-30 m/분)을 공압출시킴으로써 75 ㎛ 두께의 5층 중합체 필름을 주조하였다. 상기 필름은 나일론 6 폴리 아미드로 이루어진 25 ㎛ 두께의 제1 층, 말레산 무수물로 그래프트된 선형 저밀도 폴리에틸렌으로 이루어진 제2 층, 5 ㎛ 두께의 타이에 의해 폴리아미드 층에 접착된 35 ㎛ 두께의 폴리에틸렌의 제3 층, 75 중량%의 저밀도 폴리에틸렌 및 25 중량%의 폴리부틸렌 의 블렌드로 이루어진 5 ㎛ 두께의 제4 층 및 선형 저밀도 폴리에틸렌으로 이루어진 제5 층을 가지며, 190℃에서 2.16 kg의 하중으로 ASTM D1238에 따라 측정된 용융 유동 지수가 70 g/10분임을 특징으로 한다. 상기 필름을 냉각시킨 후 권취하였다.
이후, 이 필름의 샘플을 1초의 체류 시간 및 200 kPa의 압력을 사용하여 각각 120℃ 및 130℃의 온도에서 상부 웹으로서 Tyvek®에 적용된, 밀봉 바를 사용하여 Tyvek® 2FS (DuPont)의 시트에 열 밀봉하였다.
생성된 열 밀봉물을 냉각시키고 Tyvek® 2FS 시트를 필름에서 잡아당겨 박리시켰다. 각 경우, 박리는 제5 층을 통한 파단에 의해 발생하고, 이어서 5층 필름의 제4 층 내에서의 응집성 분열에 의해 발생하였다. 열 밀봉 부위 직후에 껍질을 5번째 층을 통해 벗겨 스티링잉 없는 깨끗한 껍질을 제공한다.
Lloyd LRX 기계 시험기에서 500 mm/분으로 수행된, 50 mm 길이의 샘플을 사용하여 일정한 90° 박리 시험을 사용하여 ASTM F88에 따라 측정한 120℃ 및 130℃에서 형성된 밀봉물의 박리 강도는 각각 3.0 N/15 mm 및 3.1 N/15 mm였다.
실시예 2
표 1의 컬럼 1에서와 같은 제4 층 블렌드 조성물 (중량%) 및 표 1의 컬럼 2에서와 같은 제5 층 폴리에틸렌 용융 유동 지수를 갖는 실시예 1의 필름을 표 1의 컬럼 3에서와 같이 온도에서 1초의 체류 시간 및 200 kPa의 압력을 사용하여 상부 웹으로서 필름에 적용된 밀봉 바를 사용하여 Tyvek® 2FS (DuPont))의 시트에 열 밀봉시켰다. 표 1의 컬럼 4에서와 같은 박리 강도는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 측정하였다.
폴리에틸렌/폴리부틸렌 MFI
(g/10분)		 밀봉 온도
(℃)		 박리 강도
(N/15 mm)
65/35 35 110 2.8
160 3.0
95 110 3.1
160 2.8
90/10 35 110 2.9
160 3.2
95 110 3.2
160 3.0
각 경우에, 박리는 제5 층을 통한 균열에 의해 발생하였고, 이어서 제4 층 내에서의 응집성 분열에 의해 발생하였다. 열 밀봉 부위 직후에 껍질을 5번째 층을 통해 벗겨 스티링잉 없는 깨끗한 껍질을 제공한다.
실시예 3
용융물 (주조 동시압출 온도: 260℃; 주조 동시압출 라인 속도: 20-30 m/분)을 공압출시킴으로써 85 ㎛ 두께의 5층 중합체 필름을 주조하였다. 상기 필름은 나일론 6 폴리 아미드로 이루어진 30 ㎛ 두께의 제1 층, 말레산 무수물로 그래프트된 폴리에틸렌으로 이루어진 제2 층, 5 ㎛ 두께의 타이에 의해 나일론 6에 접착된 30 ㎛ 두께의 저밀도 폴리에틸렌의 제3 층, 80 중량%의 저밀도 폴리에틸렌 및 20 중량%의 폴리프로필렌의 블렌드로 이루어진 10 ㎛ 두께의 제4 층 및 선형 저밀도 폴리에틸렌으로 이루어진 10 ㎛ 두께의 제5 층을 가지며, 190℃에서 2.16 kg의 하중으로 ASTM D1238에 따라 측정된 용융 유동 지수가 80 g/10분임을 특징으로 한다. 상기 필름을 냉각시킨 후 권취하였다.
이후, 이 필름의 시트를 제5 층 측에서 코로나 처리한 다음(25 kHz), 1초의 체류 시간 및 500 kPa의 압력을 사용하여 140℃의 온도에서 종이에 도포된 밀봉 바를 사용하여 비코팅된 종이에 열 밀봉시켰다.
생성된 열 밀봉을 냉각시킨 다음, 필름으로부터 종이를 당김으로써 박리시켰다. 박리는 제5 층을 통한 균열에 의해 이어서 제4 층 내의 응집성 분열에 의해 일어난다. 그 직후, 열 밀봉 영역은 제5 층을 통해 껍질이 벗겨져 스트링잉 없이 깨끗한 껍질을 제공하였다. 박리 강도 3.1 N/15 mm가 측정되었다.
실시예 4
용융물 (주조 동시압출 온도: 260℃; 주조 동시압출 라인 속도: 20-30 m/분)을 공압출시킴으로써 60 ㎛ 두께의 4층 중합체 필름을 주조하였다. 상기 필름은 나일론 6 폴리아미드로 이루어진 30 ㎛ 두께의 제1 층, 말레산 무수물로 그래프트된 선형 저밀도 폴리에틸렌으로 이루어진 제2 층, 5 ㎛ 두께의 타이에 의해 폴리아미드 층에 접착된 20 ㎛ 두께의 저밀도 폴리에틸렌의 제3 층, 및 선형 저밀도 폴리에틸렌의 10 ㎛ 두께의 제4 층을 가지며, 190℃에서 2.16 kg의 하중으로 ASTM D1238에 따라 측정된 용융 유동 지수가 8 g/10분임을 특징으로 한다. 상기 필름을 냉각시킨 후 권취하였다.
실시예 5
실시예 1의 5층 필름의 시트를 실시예 4의 4층 필름의 시트와 접촉시키고, 여기서, 실시예 1의 필름의 제5 층 (폴리에틸렌 층 MFI: 70 g/10분)을 실시예 4의 필름의 제4 층 (폴리에틸렌 층 MFI: 8 g/10분)과 접촉시켰다. 이어서, 샘플을 밀봉 바를 사용하여 1초의 체류 시간 및 300 kPa의 압력을 사용하여 120℃의 온도에서 필름에 적용된 밀봉 바를 사용하여 열 밀봉하였다.
생성된 열 밀봉을 냉각시킨 다음, 실시예 4의 필름으로부터 실시예 1의 필름을 당김으로써 박리시켰다. 박리는 실시예 1의 5층의 제4 층을 통한 균열에 의해 이어서 실시예 1의 5층 필름의 제4 층 내의 응집성 분열에 의해 일어난다. 그 직후, 열 밀봉 영역은 실시예 1의 5층의 제4 층을 통해 껍질이 벗겨져 스트링잉 없이 깨끗한 껍질을 제공하였다. 박리 강도 2.9 N/15 mm가 측정되었다.
A. 열 밀봉성 다층 필름
a. 지지체 층
b. 폴리에틸렌 열 밀봉 층
c. 중간 박리성 층
B. 기재
1. 열 밀봉 바
2. 열 밀봉 영역
3. 밀봉 층 파열
4. 응집적으로 분열 가능한 중간 박리성 층

Claims (15)

  1. 열 밀봉성 (heat-sealable) 다층 필름 (A)으로서:
    a) 적어도 하나의 중합체 층을 포함하는 지지체 층;
    b) 폴리에틸렌 열 밀봉 층으로서, 상기 폴리에틸렌은 2.16 kg의 하중으로 190℃에서 ASTM D1238에 따라 측정된 용융 유동 지수가 2 내지 110 g/10분, 바람직하게는 8 내지 100 g/10분, 보다 바람직하게는 20 내지 80 g/10분, 가장 바람직하게는 30 내지 70 g/10분을 포함함을 특징으로 하는 폴리에틸렌 열 밀봉 층; 및
    c) 상기 지지체 층 (a) 및 열 밀봉 층 (b)과 접촉하는 중간 박리성 층으로서, 상기 중간층 (c)은 50 내지 95 중량%, 바람직하게는 70 내지 90 중량%의 폴리에틸렌 및 5 내지 50 중량%, 바람직하게는 10 내지 30 중량%의 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리스티렌 (PS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜 공중합체 (PETG), 스티렌 부타디엔 스티렌 공중합체 (SBS), 사이클릭 올레핀 공중합체 (COC), 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA), 스티렌 메틸 메타크릴레이트, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 (ABS), 및 탈크로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함하며, 상기 중간층 (c)은 상기 중간층 (c)의 상기 지지체 층 (a) 또는 상기 열 밀봉성 층 (b) 중 어느 하나에 대한 결합 강도보다 작은 내부 응집 강도를 가지며 상기 지지체 층 (a) 또는 상기 열 밀봉성 층 (b) 중 어느 하나의 내부 응집 강도보다 작으며;
    여기서:
    - 상기 지지체 층 (a)은 70 내지 94 중량%, 바람직하게는 80 내지 90 중량%의 다층 필름을 나타내며;
    - 상기 폴리에틸렌 열 밀봉 층 (b)은 3 내지 15 중량%, 바람직하게는 5 내지 10 중량%의 다층 필름을 나타내며;
    - 상기 중간층 (c)은 3 내지 15 중량%, 바람직하게는 5 내지 10 중량%의 다층 필름을 나타내며;
    (a), (b), (c)의 총 중량%는 100이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지지체 층 (a)의 적어도 하나의 중합체가 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리에스테르-글리콜 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 아크릴레이트 이오노머, 에틸렌 아크릴레이트 3량체, 및 스티렌-부타디엔 공중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 열 밀봉성 다층 필름 (A).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지체 층 (a)이 하기를 포함하는 다층인, 열 밀봉성 다층 필름 (A):
    - 폴리프로필렌의 층 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 층; 또는
    - 저밀도 폴리에틸렌 및 나일론 6의 층; 또는
    - 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체의 층, 에틸렌 아크릴레이트 이오노머의 층 및 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체의 층; 또는
    - 고밀도 폴리에틸렌의 층 및 저밀도 폴리에틸렌의 층; 또는
    - 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 층 및 저밀도 폴리에틸렌의 층.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 열 밀봉 층 (b)이 저밀도 폴리에틸렌 열 밀봉 층인, 열 밀봉성 다층 필름 (A).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 열 밀봉 층 (b)이 상기 층을 취화시키는 첨가제를 실질적으로 함유하지 않는,열 밀봉성 다층 필름 (A).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 중간층 (c)의 폴리에틸렌이 적어도 80 중량%, 바람직하게는 적어도 90 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 95 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 99 중량%의 중합된 에틸렌을 포함하며;
    - 상기 중간층 (c)의 폴리프로필렌 또는 폴리부틸렌이 5 중량% 이하, 바람직하게는 3 중량% 이하, 보다 바람직하게는 2 중량% 이하, 가장 바람직하게는 1 중량% 이하의 공중합된 에틸렌 함량을 포함하는, 열 밀봉성 다층 필름 (A).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중간 박리성 층 (c)의 두께가 2 내지 20 ㎛, 바람직하게는 4 내지 15 ㎛를 포함하는, 열 밀봉성 다층 필름 (A).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 밀봉 층 (b)의 두께가 2 내지 20 ㎛, 바람직하게는 4 내지 15 ㎛를 포함하는, 열 밀봉성 다층 필름 (A).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 밀봉 층 (b)에 사용된 상기 중합체가 ASTM D638에 따라 기계 방향으로 500% 미만, 바람직하게는 200% 미만, 보다 바람직하게는 100% 미만의 파단시 신율을 특징으로 하는, 열 밀봉성 다층 필름 (A).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 밀봉 층 (b)에 사용된 상기 중합체가 ASTM D638-14에 따라 기계 방향으로 13 MPa 미만, 바람직하게는 10 MPa 미만, 보다 바람직하게는 8 MPa 미만의 파단시 인장 강도를 특징으로 하는, 열 밀봉성 다층 필름 (A).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 열 밀봉성 다층 필름 (A) 및 열 밀봉 층 (b)과 접촉하는 기재 (B)를 포함하는 열 밀봉된 패키지로서, 상기 기재는 추가의 중합체 필름, 코팅된 종이, 비코팅된 종이, 판지, 금속 호일, 셀룰로오스 부직포, 중합체성 부직포 및 직포로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 열 밀봉된 패키지.
  12. 제11항에 있어서, 상기 기재 (B)가 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리비닐 클로라이드, 에틸렌 비닐 아세테이트, 및 고충격 폴리스티렌으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 추가의 중합체 필름인, 열 밀봉된 패키지.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, ASTM F88에 따라 측정된 박리 강도가 2.0 내지 6.0 N/15 mm, 바람직하게는 2.5 내지 5.0 N/15 mm, 보다 바람직하게는 2.5 내지 4 N/15 mm를 포함하며, 파열이 중간 박리성 층 (c) 내부에 존재하는, 열 밀봉된 패키지.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 열 밀봉된 패키지의 제조 방법으로서, 상기 기재 (B)를 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 상기 열 밀봉성 다층 필름 (A)의 상기 열 밀봉 층 (b)과 접촉시키는 단계, 0.2 내지 3초, 바람직하게는 0.5 내지 2초를 포함하는 체류 시간 및 100 내지 600 kPa, 바람직하게는 150 내지 400 kPa를 포함하는 압력을 사용하여 100 내지 180℃, 바람직하게는 120 내지 160℃를 포함하는 온도에서 밀봉하는 단계 및 상기 열 밀봉된 패키지를 냉각시키는 단계를 포함하는, 열 밀봉된 패키지의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 기재와 접촉시키기 전에 상기 열 밀봉 층 (b)에 플라즈마 처리, 바람직하게는 코로나-플라즈마 처리를 수행하는 추가 단계를 포함하는, 방법.
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