KR20210018856A - 다층 물품 - Google Patents

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KR20210018856A
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cnc
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layers
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KR1020207037382A
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클라리테 아제라프
유발 네보
데이비드 마이클 라이블러
샬롬 탈 벤
아이나브 쿨백
야니브 네보
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멜로디아 리미티드
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Abstract

본 발명은 식품 포장 산업에서 우수한 물질로서, 다양한 적용을 위해 맞춤화되고 처리된, 셀룰로오스 나노물질을 기반으로 하는, 매우 안정적이고 다양한 다층 구조 또는 물품을 제공한다.

Description

다층 물품
본 발명은 일반적으로 다층 물품 및 이의 용도에 관한 것이다.
셀룰로오스 나노결정(Cellulose Nanocrystals, CNC)은 나무 및 식물의 세포벽의 주성분인 셀룰로오스의 알려진 형태 중 하나이다. CNC는 물에서 액정 용액 (liquid crystal solution)으로 존재할 수 있으며, 나노규모(nanoscale)의 두께를 갖는 거시적 규모(macro scale)의 정돈된 필름으로 자기-조립하는 것으로 알려져 있다.
나노-크기의 결정은 흥미로운 크기-의존적 구조적 및 광학적 특성을 가지고 있다. 처리 변수로 다루는 능력은 이러한 나노 결정의 구조, 조성, 크기, 및 분산 수준을 제어하는 능력을 제공한다.
WO2017/046798 WO2017/199252 WO2013/132491 US2005/0042443 US9,227,381 US5,547,764
본 명세서에 개시된 기술의 발명자들은 다양한 적용을 위해 맞춤화되고 처리될 수 있으며, 식품 포장 산업에서 사용되는 알루미늄 시트, 및 기타 고분자-기반 구조 및 물품보다 우수한 물질이고, 기체, 유기 용매, 오일 및 기타 제제에 대해 우수한 장벽 특성을 나타내는, 셀룰로오스 나노물질, 예를 들어 셀룰로오스 나노결정 (CNC)을 기반으로 하는, 매우 안정적이고 다양한 다층 구조 또는 물품을 개발하였다.
본 명세서에서 입증된 바와 같이, 다양한 제품 및 적용에서 사용될 수 있는 다층 구조인 본 발명의 물품은 셀룰로오스 나노물질 및 폴리비닐 알콜 (PVOH)과 같은 고분자의 다층으로 구성된 기존의 알려진 제품에 대하여도 우수성을 입증하였다.
본 발명의 다층 구조의 우수성은, 특히, CNC와 PVOH의 혼합물 (CNC-PVOH 혼합물)의 층의 존재에 기초한다. 우수성은 하기에 반영된다:
(1) TAPPI T 559 표준 (공정 및 제품 품질 부문의 물리적 특성 위원회에 의해 승인됨)을 이용하여 결정된, 12의 그리스 장벽;
(2) 80% 상대 습도 (RH), 23℃에서 측정시, 0.01 내지 15, 또는 0.01 내지 1, 또는 0.01 내지 5, 또는 1 내지 10, 또는 1 내지 5, 또는 일반적으로 1 cc/m2-day 이하의 값의 산소 투과율 (oxygen transmittance rate, OTR); 및/또는
(3) 90% RH, 38℃에서 측정시, 0.01 내지 20, 또는 0.01 내지 1, 또는 0.01 내지 5, 또는 1 내지 10, 또는 1 내지 5, 또는 5 내지 10, 또는 일반적으로 1 gr/m2-day 이하의 값의 수증기 투과율 (water vapor transmittance rat, WVTR).
이러한 특성은 당해 기술분야의 유사한 물품과 비교할 수 없는 매우 독특하고 유용한 물품을 지지한다. 예를 들어, CNC-PVOH 혼합물 필름은 순수한(neat) PVOH 필름 및 CNC 필름에 비해 더 우수한 기계적 및 장벽 특성을 나타낸다. 본 발명의 다층 구조에서, 순수한 PVOH 층에 비해, CNC-PVOH 층의 장점은 CNC-PVOH 층과 이의 인접한 층 사이의 더 우수한 상호작용의 형성에 의해 더 증가하여, 순수한 PVOH를 포함하는 다층-구조에 비해, 층 사이의 접착력을 향상시키고, 장벽 특성 및 기계적 특성을 개선시킨다. PVOH가 장벽으로 우수한 성능을 나타내는 경우, CNC-PVOH는 이의 성능을 능가하고 우수한 특성을 나타내며, 다층 구조에의 포함은 성능을 더욱 더 향상시킨다.
당해 기술분야의 다층 구조, 예를 들어 US200500424433에 개시된 것과는 대조적으로, 종이 기질에 코팅할 때, 12의 TAPPI T 559 표준 등급(standard rating)을 제공하기 위하여, 적어도 하나의 층의 PVOH 코팅 및 적어도 7 gr/m2의 총 코팅 중량이 필요하다. CNC-PVOH 코팅은 2.5 gr/m2의 코팅 중량만 사용하였을 때 12의 TAPPI T 559 표준 등급을 얻었으므로, 본 발명의 이러한 다층 구조의 성능이 PVOH 코팅 단독에 비해 유익하다는 것을 제공한다.
PVOH-기반 층에 비해 CNC-PVOH 혼합물을 포함하는 다층 구조의 산소 장벽 특성도 입증되었다. 크라프트지(Kraft paper) 및 판지(paperboards)에서, PVOH로 이루어진 구조의 산소 투과율은 플라스틱 층으로 이루어지지 않은 동일한 중량에 대해 CNC-PVOH가 있는 구조보다 1.5-2 배 더 높은 것 (낮은 장벽)으로 측정되었다. 플라스틱 층과 PVOH 장벽 층이 있는 구조는 2 내지 20배 더 높은 OTR 값 (낮은 장벽)을 나타내었다. 5 g/m2 PVOH 층으로 코팅된 크라프트지는 동일한 조건 하에서 5 g/m2 CNC-PVOH 층에 대해 8-15 cc/m2-day의 OTR에 비해 20-30 cc/m2-day의 OTR (80% RH에서)을 야기하였다. PP/판지/PVOH (5 g/m2)/PP의 구조는 동일한 조건 하에서 5 g/m2 CNC-PVOH 층이 있는 동일한 구조에 대해 0.5-5 cc/m2-day의 OTR에 비해 10-20 cc/m2-day의 OTR (80% RH에서)을 야기하였다.
당해 기술분야에서 숙련된 사람이 알 수 있는 바와 같이, OTR 값은 일반적으로 0% 상대 습도 (RH)에서 시험된 다층 구조에 대해 얻어지고 보고되어 있다. 실질적인 면에 있어서, 이러한 구조의 사용 조건은 항상 0%보다 높은 RH 수준을 포함하기 때문에, 이 값은 포장용으로 구조를 제조할 때 의미가 없다. 또한, 업계에서 장벽 제품이 사용되는 RH 수준은 80% RH 이다. PVOH 또는 PVOH-기반 장벽 층을 포함하는 많은 장벽 층은, ~50% RH에서 측정할 때 OTR 안정성을 나타내지만, RH 수준이 증가함에 따라 OTR 값이 기하급수적으로 증가한다. 따라서, PVOH-기반 층이 0% RH에서 4-12 cc/m2-day의 OTR 값을 야기하는 US9,227,381과 같은 선행 기술은, 80% RH에서 어떠한 표시도 제공하지 않으며 장벽 능력(barrier capabilities)의 예측을 허용하지 않는다. 대조적으로, CNC-PVOH 층이 있는 구조에 대해 측정된 OTR 값은 동일한 조건 하에서 1 cc/m2-day 미만이므로, 당해 기술분야에 기재된 금속화 층 (metalized layer)을 함유하는 구조와 비교할 수 있다.
US5,547,764에서, PVOH 및 PVOH 등급의 혼합물을 폴리프로필렌 (PP)에 코팅하고, 0% 및 75% RH에서 OTR을 시험하였다. 개시된 최상의 OTR 값은 75% RH에서 > 20.15 cc/m2-day 이었으며, 이는 비교하면 80% RH에서 < 15 cc/m2-day의 값을 나타낸 본 발명의 CNC-PVOH 층으로 코팅된 PP 층에 대해 얻은 OTR 값보다 더 높았다.
PVOH 장벽 층에 비해, 본 발명에 따라 사용되는 CNC-PVOH 장벽 층의 접착력 장점도 본 명세서에서 입증되었다. 장벽 층이 플라스틱 층과 함께 한쪽면 또는 양쪽면에 접촉하는 다층 구조는, 장벽과 플라스틱 층 사이에 강한 접착력을 수반해야 한다. 낮은 접착력은 최종 제품, 예를 들어 포장(package)의 제조 동안, 또는 제품이 사용되는 경우, 층의 박리(detachment) 및 분리(separation)로 이어질 것으로 예상된다. 입증된 바와 같이, 플라스틱 층과 접촉하여 CNC-PVOH 층 대신 PVOH를 사용한 다층 구조는, 동일한 플라스틱 층에 대한 CNC-PVOH 층의 접착력에 비해 장벽 층과 플라스틱 층 사이에 3-10배 더 약한 접착력 상호작용을 야기하였다 (CNC-PVOH의 경우 1.5 - 5 N/15mm에 비해 PVOH의 경우 0.5 N/15mm).
본 발명의 물품은 금속 층이 없고, 이러한 층이 없는 경우에도 이들의 안정성, 내구성 및 개선된 특성을 달성한다. 실제로, 본 발명의 물품은 임의의 금속 나노입자가 없고 일반적으로 임의의 금속-함유 층이 없으므로, 식품, 음료, 소비재 및 의약품용 포장재(packaging materials)를 포함하는 광범위한 적용에 적합하다. 이러한 물품은 하나 이상의 최종 용도 또는 적용에 따라 맞춤화되거나 또는 사전-구조화(pre-structured)될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 물품은 건조 식품 포장재 또는 액체 식품 포장재로 특별히 맞춤화될 수 있다. 또한, 본 발명의 물품은 완전히 생분해성이거나 또는 생분해성이거나 일반적으로 분해가능한 적어도 하나의 층을 포함한다.
제 1 측면에서, 본 발명은 다수의 물질 층, 예를 들어, 셀룰로오스 나노결정 (CNC), 미세섬유화 셀룰로오스 (microfibrillated cellulose, MFC), CNC와 나노섬유화 셀룰로오스 (nanofibrilar cellulose, NFC)의 조합, CNC와 MFC의 조합, 또는 적어도 하나의 첨가제, 예를 들어 수용성 또는 수분산성인 고분자 (예를 들어, 히드록실 또는 카복실-풍부 고분자)와 CNC의 혼합물로부터 선택된 셀룰로오스 나노물질을 포함하는 3 이상의 물질 층 중 적어도 하나인 3 이상의 물질 층을 포함하는 (실질적으로 2-차원 시트 또는 3-차원 물품 또는 제품의 형태일 수 있는) 다층 구조 형태의 물품을 제공한다.
일 실시예에서, 셀룰로오스 나노물질은 CNC이거나 또는 미세섬유화 셀룰로오스 (MFC)가 아니다.
일 실시예에서, 3 이상의 (적어도 3) 물질 층 각각은 생분해성이거나 또는 일반적으로 분해가능하며, 금속 물질 또는 성분이 없다.
일 실시예에서, 다층 물품은 기질, 셀룰로오스 나노물질, 예를 들어 CNC-기반 층 (예를 들어, CNC 및 PCOH의 혼합물), 및 커버 층을 포함하고, 셀룰로오스 나노물질 층이 기질과 커버 층 사이에 계면을 형성하도록 한다. 다층 구조가 3 이상의 층; 즉, 기질, 셀룰로오스 나노물질, 커버 층 및 기질과 커버 층 사이에 삽입된 다른 층을 포함하는 경우, 셀룰로오스 나노물질 층은 다른 층에 대해 어느 곳에나 위치할 수 있다 (예를 들어, 셀룰로오스 나노물질 층은 기질 및 커버 층으로부터 등거리(equidistant)에 위치할 필요가 없다).
일 실시예에서, 다층 물품은 기질, CNC-기반 층 및 커버 층으로 이루어지며, CNC-기반 층이 기질과 커버 층 상이에 계면을 형성하도록 한다.
일 실시예에서, 기질 및 커버 층은 동일하다. 일 실시예에서, 기질 및 커버 층은 상이하다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, " 물질 층 "은 표시된 물질을 포함하거나 또는 이루어지는 임의의 이러한 층이며, 이는 층을 따라 물질의 균일한(uniform) 또는 균질한(homogenous) 분포를 나타낸다. 물질 층은 단일 층으로 구성되거나 또는 다수의 층으로 구성될 수 있으며, 다수의 층 각각은 동일한 물질을 포함한다. 두 층의 조성이 다른 경우, 이들은 2개의 상이한 물질 층으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 셀룰로오스 나노물질을 포함하는 물질 층은 동일한 물질의 여러 층으로 구조화될 수 있으며, 여러 층은 예를 들어 층의 두께를 증가시키는데 사용된다. 정의된 바와 같이, 2개의 상이한 셀룰로오스 물질이 혼합물로 사용되는 경우, 이러한 혼합물은 물질 층을 형성하는데 사용될 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 정의된 바와 같이, 2개의 물질은 혼합물 형태가 아니며, 각각은 다층 구조의 상이한 층을 형성할 것이다.
각 물질 층은 100 nm 내지 20 μm의 두께를 가진다. 일 실시예에서, 두께는 100 내지 900nm, 900 nm 내지 20 μm, 1,000 nm 내지 20 μm, 1 μm 내지 20 μm 또는 1 μm 내지 10 μm 이다.
다층 구조의 각 물질 층은 하나 또는 2개의 인접한 (근접한) 층에 접착적으로 연결, 결합 또는 부착된다. 용어 " 접착제 연결/결합/부착 " 또는 이의 임의의 언어의 변화는, 다층에서 임의의 2개의 인접한 층이 접착제 층의 사용을 통해 또는 결합될 층 중 하나 또는 둘 다를 전-처리하여 서로 밀접하게 결합되어 효과적인 결합을 허용한다는 사실을 나타낸다. 이러한 전처리는 열 처리, 플라즈마 처리, 코로나, 화염(flame), 프라이머 적용 또는 임의의 기타 알려진 전처리 방법을 포함할 수 있다. 접착제 층이 사용되는 경우, 100 nm 내지 3 μm의 두께를 갖는 임의의 두 물질 층 사이의 계면 층일 수 있거나 또는 경우에 따라 다층의 독립적인 층으로 간주될 수 있다. 적당한 접착제 또는 프라이머 물질은 하기에 개시된다.
일 실시예에서, 2개의 층 사이의 결합 또는 접착력은 접착제 또는 프라이머 제형의 사용, 또는 결합될 임의의 층의 임의의 전처리를 필요로 하지 않는다. 일부 경우, 본 명세서에 기재된 바와 같이, 층, 예를 들어 CNC-PVOH 혼합물 층은 접착제, 프라이머 제형 또는 임의의 전처리를 사용할 필요없이, 다른 층, 예를 들어 종이-기반 기질 상에 형성된다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 다수의 물질 층 (3 이상의 층)을 포함하는 다층 구조 형태의 물품을 제공하며, 상기 물질 층 중 적어도 하나는 기질 층이고 상기 물질 층 중 적어도 다른 하나는 CNC-PVOH 혼합물 층이다.
일 실시예에서, 다층 구조는 하기 중 하나 이상을 특징으로 한다:
(1) TAPPI T 559 표준 (공정 및 제품 품질 부문의 물리적 특성 위원회에 의해 승인됨)을 이용하여 결정된, 12의 그리스 장벽;
(2) 80% 상대 습도 (RH), 23℃에서 측정시, 0.01 내지 15, 또는 0.01 내지 1, 또는 0.01 내지 5, 또는 1 내지 10, 또는 1 내지 5, 또는 일반적으로 1 이하의 값의 산소 투과율 (OTR); 및/또는
(3) 90% RH, 38℃에서 측정시, 0.01 내지 20, 또는 0.01 내지 1, 또는 0.01 내지 5, 또는 1 내지 10, 또는 1 내지 5, 또는 5 내지 10, 또는 일반적으로 1 이하의 값의 수증기 투과율 (WVTR).
또 다른 측면에서, 본 발명은 다수의 물질 층 (3 이상의 층)을 포함하는 다층 구조 형태의 물품을 제공하며, 상기 물질 층 중 적어도 하나는 기질 층이고 상기 물질 층 중 적어도 다른 하나는 CNC-PVOH 혼합물 층이며, 물품은 TAPPI T 559 표준 (공정 및 제품 품질 부문의 물리적 특성 위원회에 의해 승인됨)을 이용하여 결정된, 12의 그리스 장벽을 가진다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 다수의 물질 층 (3 이상의 층)을 포함하는 다층 구조 형태의 물품을 제공하며, 상기 물질 층 중 적어도 하나는 기질 층이고 상기 물질 층 중 적어도 다른 하나는 CNC-PVOH 혼합물 층이며, 물품은 80% 상대 습도 (RH), 23℃에서 측정시, 0.01 내지 15, 또는 0.01 내지 1, 또는 0.01 내지 5, 또는 1 내지 10, 또는 1 내지 5, 또는 일반적으로 1 이하의 값의 산소 투과율 (OTR)을 가진다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 다수의 물질 층 (3 이상의 층)을 포함하는 다층 구조 형태의 물품을 제공하며, 상기 물질 층 중 적어도 하나는 기질 층이고 상기 물질 층 중 적어도 다른 하나는 CNC-PVOH 혼합물 층이며, 물품은 90% RH, 38℃에서 측정시, 0.01 내지 20, 또는 0.01 내지 1, 또는 0.01 내지 5, 또는 1 내지 10, 또는 1 내지 5, 또는 5 내지 10, 또는 일반적으로 1 이하의 값의 수증기 투과율 (WVTR)을 가진다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "혼합물"은 나타낸 바와 같이 본 발명의 층을 형성하는 임의의 2 이상의 성분의 혼합물을 나타낸다. 예를 들어, "CNC-PVOH 혼합물"의 층은 임의의 물질 비로 CNC와 PVOH의 혼합물을 포함하는 물질 층을 나타낸다. 일반적으로, 이러한 물질 층은 혼합된 물질로 이루어진다; 즉, 층이 형성되는 혼합물은 2 (또는 그 이상의) 물질로만 이루어진다. 일 실시예에서, 혼합물은 하나 이상의 첨가제 또는 기타 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, CNC-PVOH 물질 층은 CNC 및 PVOH로 이루어진다. 일 실시예에서, CNC 및 PVOH의 혼합물을 포함하는 CNC-PVOH 층이 제공된다.
CNC 및 PVOH의 혼합물은 0.001:1 내지 1:0.001 (CNC 대 PVOH)의 비로 2 성분의 혼합물이다. 일 실시예에서, 비는 0.001:1, 0.01:1, 0.1:1, 1:1, 1:0.1, 1:0.01, 1:0.001 w/w, CNC:PVOH 이다.
일 실시예에서, 비는 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:6, 1:7, 1:8, 1:9, 1:10, 1:11, 1:12, 1:13, 1:14, 1:15, 1:16, 1:17, 1:18, 1:19 또는 1:20 w/w, CNC:PVOH 이다.
일 실시예에서, CNC 및 PVOH의 혼합물에서, CNC의 양은 1 내지 99%의 CNC+PVOH 중량이다. 일 실시예에서, CNC+PVOH 조합에서 CNC의 양은 1 내지 99%, 1 내지 95%, 1 내지 90%, 1 내지 85%, 1 내지 80%, 1 내지 75%, 1 내지 70%, 1 내지 65%, 1 내지 60%, 1 내지 55%, 1 내지 50%, 1 내지 45%, 1 내지 40%, 1 내지 35%, 1 내지 30%, 1 내지 25%, 1 내지 20%, 1 내지 15%, 1 내지 10%, 1 내지 5%, 10 내지 99%, 15 내지 99%, 20 내지 99%, 25 내지 99%, 30 내지 99%, 35 내지 99%, 40 내지 99%, 45 내지 99%, 50 내지 99%, 55 내지 99%, 60 내지 99%, 65 내지 99%, 70 내지 99%, 75 내지 99%, 80 내지 99%, 85 내지 99%, 90 내지 99%, 10 내지 50%, 15 내지 50%, 20 내지 50%, 25 내지 50%, 30 내지 50%, 35 내지 50%, 또는 40 내지 50%, w/w 이다.
일 실시예에서, 다수의 물질 층 각각은 생분해성이고, 금속 물질 또는 성분이 없다. 일 실시예에서, 기질 층은 생분해성이고, 다른 실시예에서, CNC-PVOH 층은 생분해성이다.
일 실시예에서, 물품은 형태 ABC의 층 구조를 가지며, 여기서 A, B 및 C 각각은 3층 구조에 대해 도 1에 나타낸 바와 같이 하나 이상의 물질 층이고, A는 고분자 물질, 종이 또는 종이-기반 물질, 고분자 코팅된 종이-기반 물질, 예를 들어 판지, 나노셀룰로오스 필름 (즉, 본 명세서에 정의된 임의의 셀룰로오스 나노물질), 나노셀룰로오스/고분자 필름 (즉, 고분자 물질로 한쪽면 또는 양쪽면에 코팅되거나 또는 결합될 때, 본 명세서에 정의된 임의의 셀룰로오스 나노물질), 직물 물질, 다공성 물질 또는 막(membrane) 물질 등으로부터 선택된 물질을 포함하거나 또는 이루어진 기질이며; B는 본 명세서에서 선택된 셀룰로오스 나노물질, 예를 들어 CNC를 포함하거나 또는 CNC로 이루어진 CNC-기반 물질, 또는 CNC-PVOH 혼합물이고; C는 고분자 물질, 종이 또는 종이-기반 물질, 고분자 코팅된 종이-기반 물질, 예를 들어 판지, 나노셀룰로오스 필름, 나노셀룰로오스/고분자 필름, 직물 물질, 다공성 물질 또는 막 물질로부터 선택된 물질을 포함하거나 또는 이루어진 커버 층이다.
일 실시예에서, 물질 층 A, B 및 C 각각은 금속 물질 또는 성분이 없다.
일 실시예에서, 층 A 및/또는 C는 독립적으로 고분자 물질, 종이 또는 종이-기반 물질, 고분자 코팅된 종이-기반 물질, 예를 들어 판지, 나노셀룰로오스 필름, 나노셀룰로오스/고분자 필름, 직물 물질, 다공성 물질 및 막 물질로부터 선택될 수 있다.
" 고분자 물질 "이 독립적인 층으로 사용되거나, 또는 종이-기반 물질 또는 나노셀룰로오스 물질의 코팅 층으로 사용되거나, 또는 임의의 층을 구성하는 임의의 물질에 대한 첨가제로 사용될 때, 임의의 알려진 고분자 물질 또는 수지에 속하는 물질, 예를 들어 열가소성 고분자 및 열경화성 고분자일 수 있다. 고분자는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 비닐 알콜, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리락트산, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리카프로락톤, 폴리히드록시부티레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리비닐리덴 클로라이드, 전분, 셀룰로오스, 폴리히드록시발레레이트, 폴리히드록시헥사노에이트, 폴리무수물(polyanhydrides), 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리카보네이트와 같은 고분자 중에서 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 고분자 물질은 (열경화성 및 열가소성 중에서 선택될 수 있는) 폴리에스터이다.
일 실시예에서, 고분자는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 비닐 알콜, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리락트산, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리카프로락톤, 폴리히드록시부티레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리비닐리덴 클로라이드, 전분, 셀룰로오스, 폴리히드록시발레레이트, 폴리히드록시헥사노에이트, 폴리무수물, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리카보네이트, 또는 이들의 2 이상의 임의의 혼합물로부터 선택된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, " 종이 또는 종이-기반 물질 "은 당해 기술분야에서 알려진 물질이다. 종이 또는 종이-기반 물질은 그 자체로 사용될 수 있거나, 또는 한쪽면 또는 양쪽면에 고분자로 코팅되어 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 이 종이-코팅된 물질은 판지이다. 일 실시예에서, 종이는 크라프트지이다. 당해 기술분야에 알려진 바와 같이, 크라프트지는 당해 기술분야에 알려진 크라프트 방법으로 제조된 화학 펄프로부터 제조된 종이 또는 판지 (마분지(cardboard))이다. 종이는 강도 및 내구성에 대한 요구가 높은 포장 제품용으로 설계된 높은 탄성 및 높은 인열 저항(tear resistance)을 가진 다공성 종이이다. 따라서, 종이는 종이-기반 포장재로부터 추가적으로 선택될 수 있다.
일 실시예에서, 종이는 은행 용지, 바나나 용지, 본드지(bond paper), 서적 용지(book paper), 코팅지(coated paper) 제품, 건설 용지(construction paper), 설탕 용지(sugar paper), 면지(cotton paper), 어지(fish paper), 잉크젯 용지 (inkjet paper), 크라프트지, 중포대용 크라프트지(Sack Kraft paper), 레이드지 (laid paper), 가죽 용지(leather paper), 미라지(mummy paper), 오크 태그지(oak tag paper), 사포(sandpaper), 타이벡지(Tyvek paper), 벽지(wallpaper), 와시지 (Washi paper), 방수지(waterproof paper), 왁스지(wax paper), 짠 용지(wove paper), 선지(Xuan paper) 등으로부터 선택된다.
당해 기술분야에 알려진 바와 같이, 상기 기재된 모든 종류의 상업용 종이 또는 종이-기반 제품은 이의 제조 방법에서 종이에 첨가되는 점토, 탄산 칼슘, 라텍스 등과 같은 첨가제를 함유할 수 있다.
" 직물 물질 "은 일반적으로 천연 또는 인공 섬유 물질의 망(network)으로 구성된 유연한 물질인 당해 기술분야에 알려진 임의의 이러한 물질이다. 직물은 셀룰로오스, 비스코오스, 유리 섬유, 탄소 섬유 및 합성 섬유로부터 선택된 물질의 임의의 옷감(textile), 천연 직물(natural fabric), 합성 직물, 편물(knit), 직조 물질(woven material), 부직포 물질(nonwoven material) 또는 메쉬일 수 있다. 일 실시예에서, 직물은 나타낸 바와 같이 선택된 다공성 물질 또는 막의 형태일 수 있다.
" 다공성 물질 " 또는 " 막 물질 "은 일반적으로 고체, 액체 또는 기체 물질을 보유하거나 또는 함유할 수 있는 기공(pores)을 함유하는 물질이다. 일 실시예에서, 기공은 빈 공간(voids), 즉 임의의 이러한 물질이 비어 있다. 일 실시예에서, 다공성 물질은 막, 즉 막 기공 크기에 의존하는 선택도를 갖는 선택적 장벽으로 작용한다. 일 실시예에서, 막은 직물 기반 또는 종이 기반일 수 있다.
층 A 및 C 각각은 서로 독립적으로, 추가적으로 또는 대안적으로, 코팅되거나 또는 바니시 물질로 알려진 고분자 물질로 제조될 수 있다. 당해 기술분야에 알려진 바와 같이, 이러한 바니시는 그 자체로 방수 층, 수증기 장벽으로 작용하거나 또는 이들이 결합된 임의의 층, 예를 들어, 층 B, 또는 본 명세서에 정의된 임의의 층 A 및 C에 기계적 보호를 제공할 수 있는 소수성 물질이다. 층 B에 직접 또는 층 A 또는 C 중 하나 또는 둘 다에 바니시 층을 제공하여 인쇄 능력을 얻을 수도 있다. 바니시 물질 또는 조성은 시판용으로 얻을 수 있거나 또는 특정 목적에 맞출 수 있다. 바니시 물질은 폴리우레탄, 아크릴(acrylic), 에폭시, 폴리에스터로부터 선택된 고분자; 페놀 수지, 알키드 수지(alkyd resin), 폴리우레탄 수지와 같은 수지; 스티렌, 스티렌-부타디엔, 천연 라텍스와 같은 라텍스; 및 아마인유(linseed oil), 호두유(walnut oil), 동유(tung oil) 및 대두유(soybean oil)와 같은 오일로부터 선택된 고분자를 함유하는 이러한 조성 중에서 선택될 수 있다.
일 실시예에서, 기질 A도 커버 층 C도 나노셀룰로오스 필름이 아니고 이러한 물질을 포함하지 않는다.
용어 " 기질 " 및 " 커버 층 "은 본 발명의 물품에 대한 어떠한 방향성을 시사하거나 또는 암시하는 것으로 간주되어서는 안된다는 점에 유의해야 한다. 즉, 용어 "기질"은 최하(bottom-most) 층 또는 물품의 제조가 시작되는 층일 필요는 없다. 유사하게, 용어 "커버 층"은 최상(top-most) 층 또는 다층 구조의 나머지 층 또는 특징을 덮거나(caps) 또는 봉하거나(envelopes) 또는 씌우는 층으로 간주되어서는 안된다.
본 명세서에 언급된 바와 같이, 층 B는 셀룰로오스 나노물질, 예를 들어 CNC 및 NFC의 혼합물을 포함하거나 또는 이루어진다. 일 실시예에서, 층 B는 NFC가 없다.
셀룰로오스 나노결정 (CNC) 또는 나노결정성 셀룰로오스 (nanocrystalline cellulose, NCC)는 셀룰로오스로부터 제조되는 섬유이며, CNC는 일반적으로 고순도 단일 결정이다. 이들은 인접한 원자의 결합력과 동등한 기계적 강도를 갖는 일반적인 종류의 물질을 구성한다. 그 결과로 생긴 매우 정돈된 구조는 비정상적으로 높은 강도뿐만 아니라 열적, 전기적, 광학적, 자기적, 강자성(ferromagnetic), 유전체(dielectric), 전도성, 심지어 초전도성 특성에도 상당한 변화를 가져온다. CNC의 인장 강도 특성은 현재의 고용량 보강재보다 훨씬 높으며, 달성가능한 가장 높은 복합 강도의 처리를 허용한다.
CNC는 예를 들어 WO 2012/014213, WO 2015/114630 및 이로부터 유래된 미국 출원에서, 당해 기술분야에 알려진 방법에 의해 셀룰로오스 또는 임의의 셀룰로오스 함유 물질로부터 또는 섬유화 셀룰로오스로부터 제조될 수 있으며, 각각은 본 명세서에 참조로 포함된다.
당해 기술분야에 알려진 바와 같이, 셀룰로오스 나노섬유화 (CNF 또는 NFC)는 일반적으로 50 이상의 종횡비(aspect ratios)를 갖는, 결정성 및 비정질 (amorphous) 영역을 함유하는, 적어도 하나의 1차 섬유화로 구성된 셀룰로오스 물질이다. 이들의 길이는 0.1-5 μm이고, 이들의 직경은 5-60 nm이다. 유사하게, 셀룰로오스 미세섬유화 (CMF 또는 MFC)는 일반적으로 50 이상의 종횡비를 갖는, 결정성 및 비정질 영역을 함유하는 셀룰로오스 물질이다. 이들의 길이는 수 마이크로미터이고, 이들의 직경은 100 nm보다 크다. CMF는 CNF의 일부 분획을 함유할 수 있다.
일 실시예에서, 셀룰로오스 나노물질은 적어도 50%의 결정화도를 갖는 것을 특징으로 한다. 일 실시예에서, 셀룰로오스 나노물질은 단결정성(monocrystalline)이다. 일 실시예에서, 셀룰로오스 나노물질은 고순도의 단결정성 물질이다.
일 실시예에서, 나노물질의 나노결정은 적어도 약 50 nm의 길이를 가진다. 다른 실시예에서, 이들은 길이가 적어도 약 100 nm이거나 또는 길이가 최대 1,000 nm이다. 다른 실시예에서, 나노결정은 길이가 약 100 nm 내지 1,000 nm, 길이가 100 nm 내지 900 nm, 길이가 100 nm 내지 600 nm, 또는 길이가 100 nm 내지 500 nm이다.
일 실시예에서, 나노결정은 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 nm이다.
나노 결정은 10 이상의 평균 종횡비 (길이-대-직경 비)를 갖도록 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 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.
일 실시예에서, 평균 종횡비는 67 내지 100 이다.
일 실시예에서, 셀룰로오스 나노물질은 CNC이다. 일 실시예에서, 나노물질은 NFC가 아니다.
CNC의 제조에 이용되는 방법에 따라, 물질은 다양한 순도를 가질 수 있다. 일부 경우, 셀룰로오스 나노물질은 염 및/또는 헤미셀룰로오스, 자일로글루칸, 셀룰로오스 유도체 등과 같은 탄수화물을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 사용된 CNC는 0.01% 내지 0.5%의 불순물, 예를 들어 탄수화물 및 염을 포함할 수 있다.
층 B는 적당한 기질 또는 커버 층을 선택하거나 또는 특정 수의 층을 증가 또는 감소 또는 선택함으로써 향상, 감소 또는 변형될 수 있는 하나 이상의 특성을 다층 구조에 부여한다. 일 실시예에서, 층 B의 물질 조성은 기체 장벽 특성, 오일 장벽 특성 및 수증기 장벽 특성을 나타내도록 선택된다. 기체 장벽 특성은 다층 구조를 통한 기체의 투과 또는 수송을 방지, 저지 또는 최소화하는 것을 포함하며, 기체는 산소, 이산화탄소, 방향(aroma), SOx, NOx, 메탄, 불소 기체 등으로부터 선택된다. 오일 장벽 특성은 식물성유, 광유 및 그리스와 같은 오일의 투과 또는 수송을 방지, 저지 또는 최소화하는 것을 포함한다.
또한, 층 B는 다층 구조에 기계적 지지를 부여하는 조성 또는 두께를 갖도록 선택될 수 있다. 이것은 투명 층이거나 또는 불투명 또는 비-투명(non-transparent)일 수 있으며, 어떤 경우에는 특정 파장을 차단하도록 맞춤화될 수 있다.
일 실시예에서, 층 B는 NFC와 같은 적어도 하나의 다른 나노셀룰로오스 물질, 또는 적어도 하나의 첨가제, 또는 적어도 하나의 추가 물질과 CNC의 혼합물을 포함한다.
일 실시예에서, 층 B는 CNC, 또는 CNC와 NFC의 조합으로 이루어진다.
CNC와 NFC의 혼합물은 0.001:1 내지 1:0.001 (CNC 대 NFC)의 비로 2 성분의 혼합물이다. 일 실시예에서, 비는 0.001:1, 0.01:1, 0.1:1, 1:1, 1:0.1, 1:0.01, 1:0.001 w/w, CNC:NFC 이다.
일 실시예에서, 층 B는 폴리비닐 알콜 (PVOH), 폴리비닐 아세테이트 (PVAc), 에틸렌 비닐 알콜 (EVOH), 폴리비닐 피롤리돈 (PVP), 전분, 키토산, 폴리아크릴산 (PAA), 폴리에틸렌이민 (PEI), 탄수화물, 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA), 엘라스토머, 이소시아네이트 및 폴리우레탄으로부터 선택된 적어도 하나의 고분자와 (혼합물로) 조합된 CNC를 포함한다.
일 실시예에서, 층 B는 CNC로 이루어질 수 있거나 또는 기체 장벽, 오일 장벽, 수증기 장벽, 더 우수한 기계적 특성, 열적 특성, 접착 특성 등으로부터 선택된 하나 이상의 특성을 가진 CNC 물질 또는 층을 부여하기 위해 선택된 적어도 하나의 첨가제와 CNC의 혼합물 (별도의 층이 아닌 혼합물)을 포함할 수 있는 CNC 층이다.
일 실시예에서, B는 CNC 및 PVOH의 혼합물 층이다.
적어도 하나의 첨가제는 본 명세서에서 정의된 고분자, 또는 가소제와 같은 임의의 다른 첨가제, 예를 들어 글리세롤 또는 소르비톨; 계면활성제, 예를 들어 폴리소르베이트; 미립자 물질, 예를 들어, Mg 입자 또는 나노입자 (다른 원소의 나노입자 제외); 안료; 탄수화물, 예를 들어 전분 또는 키토산; 염, 예를 들어 탄산 칼슘; 전도성 물질, 예를 들어 그래핀(graphene); 산소 스캐빈저, 예를 들어 철-염; 리그닌; 천연 추출물, 예를 들어 로즈마리 오일 등일 수 있다.
일 실시예에서, CNC 및/또는 NFC와 조합하여 사용되는 첨가제 또는 임의의 다른 물질은 양방향 폴리프로필렌 (BOPP)이 아니다.
일 실시예에서, 첨가제는 고분자 물질이다.
일 실시예에서, 첨가제는 고분자 물질이 아니다.
첨가제가 고분자가 아닌 경우, 첨가제는 본 명세서에 표시된 양으로 또는 화학식의 총 중량 (w/w)의 1% 내지 30% 범위의 양으로 존재할 수 있다. 일 실시예에서, 첨가제 양은 1 내지 10%, 1 내지 20%, 1 내지 5%, 5 내지 10%, 10 내지 15% 또는 10 내지 20%일 수 있다.
셀룰로오스 나노물질, 예를 들어 CNC, 층은 나노물질, 예를 들어 CNC 및 적어도 하나의 추가 제제 또는 물질, 예를 들어 고분자 물질로 구성될 수 있으며, 여기서 첨가제, 예를 들어 고분자 물질의 양은 (층을 구성하는 물질의 총 중량에 비해) 나노물질 층의 0.1-99wt% 범위이다. 일 실시예에서, 고분자 물질의 양은 0.1 내지 95%, 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.
일 실시예에서, 적어도 하나의 추가 물질은 첨가제 및 CNC로 이루어진 조성의 50 내지 70% 또는 60 내지 70% 또는 70 내지 95% 또는 70 내지 80%의 양으로 존재하는, PVOH와 같은 고분자이다 (즉, 70% 내지 90%의 양의 고분자는 70-90% 고분자 및 30-10% CNC를 의미한다).
일 실시예에서, 적어도 하나의 추가 물질 대 CNC의 비는 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.
일 실시예에서, 층 B는 CNC 및 PVOH (CNC-PVOH)를 포함한다. 층은 100 nm 내지 20 μm의 두께를 가진다. 일 실시예에서, 두께는 100 내지 900 nm, 900 nm 내지 20 μm, 1,000 nm 내지 20 μm, 1 μm 내지 20 μm 또는 1 μm 내지 10 μm 이다.
일 실시예에서, 두께는 1 μm 내지 20 μm, 1 μm 내지 20 μm, 1 μm 내지 15 μm, 1 μm 내지 10 μm 또는 1 μm 내지 5 μm 이다.
층 A 및 C 각각은 하나 이상의 최종 적용을 충족하도록 맞춤화될 수 있는 기계적 및 장벽 능력을 다층 구조에 부여한다. 기질 및 커버 층은 둘 다 하나 이상의 층, 시트, 필름 또는 코팅 상에 인쇄, 라미네이팅 또는 결합될 수 있다. 일반적인 형태 ABC를 갖는 다층 구조는 A 또는 C가 주머니(pocket) 또는 용기(container) 또는 울타리(enclosure)의 외부 표면 또는 이들의 내부 표면이 될 수 있도록, 주머니 또는 용기 또는 울타리로 접히거나 또는 배열될 수 있다. 최종 제품에 따라, 층 A 및 C 각각의 물질 또는 조성을 선택할 수 있다.
일 실시예에서, 층 A 및 C 각각은 서로 독립적으로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 비닐 알콜, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리락트산, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리카프로락톤, 폴리히드록시부티레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리비닐리덴 클로라이드, 전분, 셀룰로오스, 폴리히드록시발레레이트, 폴리히드록시헥사노에이트, 폴리무수물, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리카보네이트 중에서 선택된다.
일 실시예에서, 층 A 및 C 중 하나는 고분자 코팅된 판지이고, 여기서 고분자는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 비닐 알콜, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리락트산, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리카프로락톤, 폴리히드록시부티레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리비닐리덴 클로라이드, 전분, 셀룰로오스, 폴리히드록시발레레이트, 폴리히드록시헥사노에이트, 폴리무수물, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리카보네이트로부터 선택된다.
일 실시예에서, 층 A 및 C 중 적어도 하나는 서로 독립적으로 직물이거나 또는 직물을 포함한다. 직물은 셀룰로오스, 비스코오스, 유리 섬유, 탄소 섬유 및 합성 섬유로부터 선택된 물질의 임의의 옷감, 천연 직물, 합성 직물, 편물, 직조 물질, 부직포 물질 또는 메쉬일 수 있다. 유사하게, 직물은 나타낸 바와 같이 선택된 막의 형태일 수 있다.
층 A 및 B 및/또는 층 B 및 C는 서로 직접 결합될 수 있거나 또는 도 2의 예시를 위해 나타낸 바와 같이 계면 물질(들)에 의해 분리될 수 있다. A와 B 사이의 계면 물질은 층 B와 C를 결합하는 계면 물질과 동일할 필요가 없으며, 또는 계면 물질 중 하나 또는 둘 다 없을 수 있다. 층이 계면 물질에 직접 결합되거나 또는 계면 물질을 통해 결합되는지 여부에 관계없이, 기질 층 및/또는 커버 층은 층 사이의 안정적이고 오래 지속되는 결합을 허용하도록 전처리될 수 있다. 전처리는 플라즈마, 코로나, 화염, 열 또는 임의의 알려진 전처리 방법 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 층은 층 A와 B 사이 또는 층 B와 C 사이의 층으로서, 도 2에 나타낸 프라이머 물질 또는 접착제 물질을 통해, 정의된 바와 같이, 서로 접착식으로 결합될 수 있다. 이 프라이머 또는 접착제는 기질 또는 커버 층에 고유(inherent)할 수 있다 (즉, 기질/커버 층 내에 매립되거나 또는 기질/커버 층과 사전-결합되거나 또는 기질/커버 층 물질이다). 따라서 별도의 필름 또는 층으로 추가하거나 또는 별도의 전처리 또는 공정 단계로 추가할 수 없다. 프라이머 또는 접착제 물질이 기질 또는 커버 층의 일부가 아닌 경우, 이들은 기질 또는 커버 층에 코팅되어 층 사이의 접착 또는 결합을 유도할 수 있고 일반적으로, 임의로 다층 구조의 임의의 기계적 또는 기능적 또는 기타 특징적인 특성에 영향을 미치지 않는, 추가 층을 형성할 수 있다. 프라이머 또는 접착제 층 또는 필름은 일반적으로 다층 구조에 하나 이상의 기능적 특성을 부여하는데 사용되지 않는다. 그러나, 프라이머 또는 접착제 물질의 선택은 다층 구조 전체 또는 이의 하나 이상의 층과 관련된 하나 이상의 특성을 추가적으로 도입, 강화 또는 감소시키는 것일 수 있다. 이러한 특성은 접힘성(foldability), 탄성, 투명성, 흡수성, 광 투과율 (light transmittance), 기체 또는 용매의 투과성, 습윤성, 내열성 등일 수 있다. 프라이머 층 또는 접착제 층은 폴리우레탄, 에폭시, 아크릴레이트, 핫멜트 접착제 (hot-melt adhesives), 고분자전해질(polyelectrolytes) (예를 들어, 폴리에틸렌이민) 및 바니시 물질로부터 선택된 물질을 포함한다.
이해될 수 있는 바와 같이, 접착제 또는 프라이머는 다층의 임의의 2 이상의 층을 서로 결합시키는데 사용될 수도 있다. 이렇게 결합된 층은 기질 또는 커버 층일 필요가 없다. 이들은 다층의 임의의 다른 층과 함께 다층의 임의의 층일 수 있다.
일 실시예에서, 다층 구조는 도 1에 예시된 바와 같이, 각각 본 명세서에 정의된, 3개의 층: 기질 층 (A), CNC 층 (B) 및 커버 층 (C)을 포함한다. 일 실시예에서, 다층 구조는 적어도 하나의 층이 정의된 기질 층, 정의된 셀룰로오스 나노물질 층, 및 정의된 커버 층을 구성하도록, 3 또는 4 또는 5 또는 6 또는 7 또는 8 또는 9 또는 10의 층을 포함한다. 일 실시예에서, 각 층의 물질은 인접한 층의 물질 또는 다층 구조의 하나 이상의 다른 층의 물질과 상이할 수 있거나, 또는 임의의 하나의 인접한 층의 물질과 상이하나 비-인접한 층의 물질과 동일할 수 있다. 예를 들어, 형태 ABCC의 다층 구조에서, 물질 층 A는 각 물질 층 C와 상이할 수 있으며, 각 물질 층 C도 서로 상이하여, 형태 ABC1C2의 다층 구조를 형성할 수 있다. 예시적인 다층 구조는 도 3a-d에 제공된다.
이러한 다층 지정에서, C1 및 C2는 둘 다 C에 대해 본 명세서에 정의된 바와 같이 선택되나, 그럼에도 불구하고 서로 상이하다.
일 실시예에서, 층 A 및 C 각각은 2회 이상 반복되며, 즉 다층 구조는 AABCC, 또는 ABCC, 또는 AABC, 또는 AABCBC, 또는 ABCBCC의 형태일 수 있으며, 여기서 A, B 및 C 각각은 본 명세서에 정의된 바와 같으며, 추가로 여기서 각 쌍의 인접한 층은 직접 또는 프라이머 또는 접착제 필름 또는 층을 통해 결합될 수 있다. 예를 들어, 형태 AABCC의 구조에서, 각 A는 서로 상이할 수 있으며, 각 C는 다른 C와 상이할 수 있다. 물질 층 A 및 C는 동일한 물질 중에서 선택될 수 있으므로, 다층 구조는 중앙 층 B 주위에서 대칭이거나 또는 비대칭일 수 있다.
본 발명의 다층 구조는 본 명세서에 정의된 바와 같이 물질의 시트 또는 접힌 또는 성형된(shaped) 시트의 형태일 수 있다. 물질 시트로 제공되는 경우, 임의의 크기 및 모양일 수 있으며, 인쇄되거나 또는 착색될 수 있고, 완전히 투명하거나 또는 불투명할 수 있으며, 표면 처리될 수 있다. 시트는 시트로 형성되거나, 또는 본 발명의 다층 구조로 제조된 적어도 하나의 요소 또는 특징을 포함하는 주머니 또는 울타리 또는 봉투(envelope) 또는 용기와 같은 임의의 하나의 모양, 크기 또는 물체(object)로 절단되거나, 접히거나, 또는 처리될 수 있다. 일 실시예에서, 물체는 상품(goods), 식품, 액체, 의약품 또는 환경으로부터 격리(isolation) 또는 보호를 필요로 하는 임의의 물질, 예를 들어, 기체, 수증기, 특정 광 파장(light wavelengths), 및 다층 구조가 (불투과성 장벽을 형성함으로써) 보호할 수 있는 기타 손상 물질 또는 효과의 포장을 위한 것이다.
고유한 특성으로 인해, 시트는 포장재에서 알루미늄 시트의 대체품으로 사용될 수 있다. 이 분야에서 알려진 바와 같이, 알루미늄 시트는 기체, 물 및 빛의 투과를 완전히 차단하는 능력, 및 포장의 기계적 안정성에 대한 기여로 인해 포장 제품에 널리 사용된다. 그러나, 알루미늄 호일의 사용에는 주로 열화를 겪지 않아 환경에 미치는 영향과 알루미늄을 함유하는 포장의 재활용과 관련된 어려움과 관련이있는 특정 단점이 있다. 알루미늄의 차광 특성은 투명 포장이 필요한 경우에도 단점으로 간주된다. 알루미늄의 또 다른 단점은 우수한 기체 장벽이 필요하나 높은 열 전달이 없는 진공 절연 패널(vacuum insulated panels)과 같은 적용에서는 바람직하지 않은 열 투과율이다.
본 발명의 층 구조는 재활용 및 분해가능하고, 빛에 투명하며, 단열재 (thermal insulator)라는 이점이 있는, 장벽 및 기계적 특성을 갖는 물질을 제공함으로써 동일한 원하는 장벽 특성을 달성하기 위해 훨씬 더 얇은 장벽 층을 제공할 수 있는 알루미늄의 적당한 대체품이다 (예를 들어, 2 μm 장벽 층은 일반적으로 5μm의 알루미늄 호일이 사용되는 구조에서 원하는 OTR 수준으로 이어진다).
따라서, 일부 측면에 따르면, 본 발명은 3 내지 7의 물질 층으로 이루어진 다층 구조 형태의 물품을 제공하며, 다층 구조는 형태 ABC이고, 여기서 A, B 및 C 각각은 본 명세서에 나타낸 대로 선택된 물질 층이다. 일 실시예에서:
층 A는 고분자 물질, 종이 또는 종이-기반 물질, 고분자 코팅된 종이-기반 물질, 나노셀룰로오스 필름, 나노셀룰로오스/고분자 필름, 직물 물질, 다공성 물질, 막 물질, 광물 물질(mineral material) 및 바니시로부터 선택된 물질을 포함하는 기질이다;
층 B는 CNC-PVOH 또는 나노결정 (CNC), 미세섬유화 셀룰로오스 (MFC), CNC와 NFC의 조합, CNC와 MFC의 조합, 및 적어도 하나의 수용성 또는 수분산성 제제 또는 물질, 또는 경우에 따라 첨가제와 CNC의 혼합물로부터 선택된 셀룰로오스 나노물질이다;
층 C는 고분자 물질, 종이 또는 종이-기반 물질, 고분자 코팅된 종이-기반 물질, 나노셀룰로오스 필름, 나노셀룰로오스/고분자 필름, 직물 물질, 다공성 물질, 막 물질, 광물 물질 및 바니시 물질로부터 선택된 물질을 포함하는 커버 층이다.
일 실시예에서, 셀룰로오스 나노물질의 층은 층의 총 중량의 0.1wt% 내지 3wt%의 불순물을 포함하고, 여기서 불순물은 탄수화물 및 염으로부터 선택된다.
일 실시예에서, 물품은 CNC 층 또는 CNC와 적어도 하나의 추가 제제의 혼합물 층; 기질; 및 커버 층으로 이루어진다.
일 실시예에서, 물품은 CNC와 PVOH의 혼합물 층; 기질 및 커버 층으로 이루어진다.
일 실시예에서, 층 A 및 층 C 각각은 종이 또는 종이-기반 물질이다.
일 실시예에서, 층 A 및 층 C 각각은 고분자 물질, 고분자 코팅된 종이-기반 물질, 또는 나노셀룰로오스/고분자 필름이다.
일 실시예에서, 층 B는 PVOH, PVAc, EVOH, PVP, 전분, 키토산, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌이민, 탄수화물, EVA, 엘라스토머, 이소시아네이트 및 폴리우레탄으로부터 선택된 적어도 하나의 고분자와 혼합된 CNC를 포함한다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 첨가제는 고분자, 또는 가소제; 계면활성제; 미립자 물질; 안료; 탄수화물; 염; 전도성 물질; 및 산소 스캐빈저로부터 선택된 첨가제이다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 첨가제는 1% 내지 20% 범위의 양으로 존재한다.
일 실시예에서, 층 B는 100 nm - 20 μm의 두께를 가진다.
일 실시예에서, 층 A 및 C 각각은 서로 독립적으로, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 비닐 알콜, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리락트산, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리카프로락톤, 폴리히드록시부티레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리비닐리덴 클로라이드, 전분, 셀룰로오스, 폴리히드록시발레레이트, 폴리히드록시헥사노에이트, 폴리무수물, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리카보네이트로부터 선택된 물질로 이루어진다.
일 실시예에서, 층 A 및 C 중 하나 또는 둘 다는 고분자 코팅된 판지이고, 여기서 고분자는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 비닐 알콜, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리락트산, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리카프로락톤, 폴리히드록시부티레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리비닐리덴 클로라이드, 전분, 셀룰로오스, 폴리히드록시발레레이트, 폴리히드록시헥사노에이트, 폴리무수물, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리카보네이트로부터 선택된다.
일 실시예에서, 층 A 및 C 중 적어도 하나는 서로 독립적으로 직물이거나 또는 직물을 포함한다.
일 실시예에서, 층 A 및 B 및/또는 층 B 및 C는 서로 직접 결합될 수 있거나 또는 프라이머 물질 및 접착제 물질로부터 선택된 계면 물질에 의해 분리될 수 있다.
일 실시예에서, 물품은 3개의 층으로 이루어진다: 기질 층, CNC 층 및 커버 층.
일 실시예에서, CNC 층은 CNC와 PVOH의 혼합물로 이루어진다.
일 실시예에서, 다층 구조는 AABCC, ABCC, AABC, AABCBC, ABCBCC로부터 선택된 형태이며, 여기서 A, B 및 C 각각은 본 명세서에 정의된 바와 같다.
일 실시예에서, 물품은 상품, 식품, 액체 및 의약품의 포장에 사용될 때 제공된다.
또한, 본 발명은 3 내지 7의 물질 층으로 이루어진 다층 구조 형태의 물품을 제공하며, 다층 구조는 형태 ABC이고, 여기서 각각의 A, B 및 C는 물질 층이며, 여기서:
층 A는 고분자 물질, 종이 또는 종이-기반 물질, 고분자 코팅된 종이-기반 물질, 나노셀룰로오스 필름, 나노셀룰로오스/고분자 필름, 직물 물질, 다공성 물질, 막 물질, 광물 물질 및 바니시 물질로부터 선택된 물질을 포함하는 기질이다;
층 B는 나노결정 (CNC), 및 적어도 하나의 수용성 또는 수분산성 첨가제 또는 물질과 CNC의 혼합물로부터 선택된 셀룰로오스 나노물질이고, 여기서 층은 금속 나노미립자 물질 및 나노섬유화 셀룰로오스 (NFC)가 없다;
층 C는 고분자 물질, 종이 또는 종이-기반 물질, 고분자 코팅된 종이-기반 물질, 나노셀룰로오스 필름, 나노셀룰로오스/고분자 필름, 직물 물질, 다공성 물질, 막 물질, 광물 물질 및 바니시 물질로부터 선택된 물질을 포함하는 커버 층이다.
우수한 기체 장벽 특성을 갖는 포장은 식품 및 음료의 장기 무균 포장에 적합하다. 따라서, 개발된 포장 해결책에서 매우 낮은 산소-투과율 (OTR)을 달성하는 것이 매우 중요하다. 또한, 이러한 낮은 OTR 값은 습한 조건에서 달성되어야 하며, 이는 "실제(real-life)" 조건과 더 잘 연관되고 포장된 식품 또는 음료에 더 긴 유통기한을 부여하는 장벽의 성능을 더 잘 예측한다. 우수한 산소 장벽은 10 cc/m2-day 이하의 OTR 값을 나타낼 것이다. 우수한 산소 장벽은 수십의 OTR 값을 나타낼 것이다. 전기량 산소 센서(coulometric oxygen sensor)를 이용하여 측정한 OTR 값은 최종 장벽 제품 성능을 결정하는데 중요하며, 소수의 OTR 유닛의 개선은 제품의 유통기한을 연장하는 최종 포장의 능력에 큰 차이를 증명할 수 있다. 이러한 이유로, PVOH 장벽 층으로 이루어진 구조에 비해 CNC-PVOH 장벽 층으로 이루어진 구조에 대해 더 우수한 OTR 값을 달성하였다는 것은, CNC-PVOH를 장벽 층으로 이용할 때 최종 포장이 더 우수하다는 것을 나타낸다.
따라서, 또한 본 발명은 정의된 바와 같은 다층 구조를 제공하며, 여기서 층 B는 본 명세서에 나타낸 비로 CNC 및 PVOH의 혼합물을 포함하거나 또는 이루어진다. 혼합물에서 CNC와 PVOH 사이의 비는 본 명세서에 상세히 기재된 바와 같이 1:1 내지 1:40 CNC/PVOH에서 선택될 수 있다.
본 발명의 하기의 비-제한적인 예는 그 자체로 또는 하나 이상의 추가 물질 층을 포함하도록 변형될 때 당해 기술분야에 알려진 기존 구조에 유익한 개선을 제공하는 다층 구조를 나타낸다. 일 실시예에서, 본 발명의 다층 구조는 하기 중 임의의 하나 이상으로 이루어지거나 또는 포함한다 (각 실시예에서 기호 "/"는 층 간의 분리를 나타낸다):
- 종이 또는 종이-기반 물질 (예를 들어, 크라프트지)/CNC-PVOH 혼합물;
- 종이 또는 종이-기반 물질 (예를 들어, 크라프트지)/CNC-PVOH 혼합물/고분자 수증기 장벽 (예를 들어, 스티렌, 스티렌-부타디엔 아크릴 고분자 및 바니시);
- 폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌)/종이 또는 종이-기반 물질 (예를 들어, 크라프트지)/CNC-PVOH 혼합물/고분자 수증기 장벽 (예를 들어, 스티렌, 스티렌-부타디엔 아크릴 고분자 및 바니시)/폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌);
- 폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌)/종이 또는 종이-기반 물질 (예를 들어, 크라프트지)/CNC-PVOH 혼합물/폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌)- 이러한 실시예에서, 각각의 폴리올레핀은 동일하거나 또는 상이할 수 있다;
- 판지 (PB)/CNC-PVOH 혼합물;
- 판지/CNC-PVOH 혼합물/고분자 수증기 장벽 (예를 들어, 스티렌, 스티렌-부타디엔 아크릴 고분자 및 바니시);
- 폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌)/판지/CNC-PVOH 혼합물/폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌);
- 폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌)/판지/폴리올레핀 (예를 들어, 폴리에틸렌)/CNC-PVOH 혼합물/폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌)- 이러한 실시예에서, 각각의 폴리올레핀은 동일하거나 또는 상이할 수 있다;
- 폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌)/CNC-PVOH 혼합물;
- 폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌)/CNC-PVOH 혼합물/고분자 수증기 장벽 (예를 들어, 스티렌, 스티렌-부타디엔 아크릴 고분자 및 바니시);
- 폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌)/CNC-PVOH 혼합물/폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌)- 이러한 실시예에서, 각각의 폴리올레핀은 동일하거나 또는 상이할 수 있다;
- 생분해성 플라스틱 (예를 들어, 폴리히드록시 알케노에이트, PHA)/CNC-PVOH 혼합물;
- 생분해성 플라스틱 (예를 들어, PHA)/CNC-PVOH 혼합물/고분자 수증기 장벽 (예를 들어, 스티렌, 스티렌-부타디엔 아크릴 고분자 및 바니시); 및
- 생분해성 플라스틱 (예를 들어, PHA)/CNC-PVOH 혼합물/생분해성 플라스틱 (예를 들어, PHA).
하기는 구체적인 특성이다:
1. 구조: 크라프트지 / CNC-PVOH 혼합물
크라프트는 30 내지 50 g/m2의 중량의 종이이며, CNC-PVOH 혼합물 장벽 층은 1 내지 15 g/m2 또는 3 내지 6 g/m2의 중량을 가진다.
이 다층은 하기를 특징으로 한다:
a. 50% RH, 23℃에서, < 1 cc/m2-day; 또는 80% RH, 23℃에서, < 15 cc/m2-day의 산소 투과율;
b. 12 이상인, TAPPI T 559 표준에 따른 구조의 그리스 장벽.
2. 다층 구조: 크라프트지/CNC-PVOH 혼합물/고분자 수증기 장벽 (스티렌-부타디엔)
크라프트는 30 내지 50 g/m2의 중량을 가지며, CNC-PVOH 혼합물 층은 1 내지 15 g/m2 또는 3 내지 6 g/m2의 중량을 가지고, 고분자 수증기 장벽은 3 내지 20 g/m2 또는 3 내지 10 g/m2의 중량을 가진다.
이 다층은 하기를 특징으로 한다:
a. 50% RH, 23℃에서, < 1 cc/m2-day; 또는 80% RH, 23℃에서, < 15 cc/m2-day의 산소 투과율;
b. 12 이상인, TAPPI T 559 표준에 따른 그리스 장벽;
c. 90% RH, 38℃에서, < 50 gr/m2-day의 수증기 투과율;
d. 빈(bare) 크라프트지보다 적어도 40배 더 우수한 COBB-60 시험에 따른 물 흡수도(Water sorption)- 다층 구조의 경우 0.1 - 0.7 gr/m2에 비해 크라프트지의 경우 30-40 gr/m2.
3. 다층 구조: 폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌)/크라프트지/CNC-PVOH 혼합물/고분자 수증기 장벽/폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌).
크라프트는 30 내지 50 g/m2의 중량을 가지며, CNC-PVOH 혼합물 층은 1 내지 15 g/m2 또는 3 내지 6 g/m2의 중량을 가지고, 고분자 수증기 장벽은 3 내지 20 g/m2 또는 3 내지 10 g/m2의 중량을 가지며, 각각의 폴리올레핀 층은 15 내지 30 μm의 두께를 가진다.
이 다층은 하기를 특징으로 한다:
a. 50% RH, 23℃에서, < 1 cc/m2-day; 또는 80% RH, 23℃에서, < 15 cc/m2-day의 산소 투과율;
b. 12 이상인, TAPPI T 559 표준에 따른 그리스 장벽;
그리스 장벽은 구조의 주름(creasing) 및 접힘(folding) 후에도 유효하다.
c. 90% RH, 38℃에서, < 5 gr/m2-day의 수증기 투과율;
d. 구조에 대한 물 흡수도 없음.
4. 다층 구조: 폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌)/크라프트지/CNC-PVOH 혼합물/폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌).
크라프트는 30 내지 50 g/m2의 중량을 가지며, CNC-PVOH 혼합물 층은 1 내지 15 g/m2 또는 3 내지 6 g/m2의 중량을 가지고, 각각의 폴리올레핀 층은 15 내지 30 μm의 두께를 가진다.
이 다층은 하기를 특징으로 한다:
a. 50% RH, 23℃에서, < 1 cc/m2-day; 또는 80% RH, 23℃에서, < 15 cc/m2-day의 산소 투과율;
b. 12 이상인, TAPPI T 559 표준에 따른 그리스 장벽;
그리스 장벽은 구조의 주름 및 접힘 후에도 유효하다.
c. 90% RH, 38℃에서, < 5 gr/m2-day의 수증기 투과율;
d. 구조에 대한 물 흡수도 없음.
각각의 상기 예시적인 다층을 비교하여, 장벽이 없는 크라프트지는 전혀 산소 장벽을 나타내지 않았고, 종이는 그리스 시험에 실패하였으며, 물 또는 수증기 장벽 특성을 나타내지 않았다.
일 실시예에서, 층 A는 판지이고, 층 B는 정의된 비의 CNC와 PVOH의 혼합물, 예를 들어 1:2 내지 1:40 CNC/PVOH를 포함한다. 비-제한적인 예는 하기를 포함한다:
5. 다층 구조: 판지 (PB)/ CNC-PVOH 혼합물.
PB는 200 내지 500 g/m2의 중량을 가지며, 장벽 층은 1 내지 15 g/m2의 중량을 가진다.
이 다층은 하기를 특징으로 한다:
a. 50% RH, 23℃에서, < 1 cc/m2-day; 또는 80% RH, 23℃에서, < 15 cc/m2-day의 산소 투과율;
b. 12 이상인, TAPPI T 559 표준에 따른 그리스 장벽.
6. 다층 구조: 판지 (PB)/CNC-PVOH 혼합물/고분자 수증기 장벽 (예를 들어, 스티렌-부타디엔)
PB는 200 내지 500 g/m2의 중량을 가지며, 장벽 층은 1 내지 15 g/m2의 중량을 가지고, 고분자 수증기 장벽은 3 내지 20 g/m2의 중량을 가진다.
이 다층은 하기를 특징으로 한다:
a. 50% RH, 23℃에서, < 1 cc/m2-day; 또는 80% RH, 23℃에서, < 15 cc/m2-day의 산소 투과율;
b. 12 이상인, TAPPI T 559 표준에 따른 그리스 장벽;
그리스 장벽은 구조의 주름 및 접힘 후에도 유효하다.
c. 90% RH, 38℃에서, < 50 gr/m2-day의 수증기 투과율;
d. 빈 판지보다 적어도 10배 더 우수한 COBB-1800 시험에 따른 물 흡수도- 다층 구조의 경우 4 - 7 gr/m2에 비해 판지의 경우 70 - 90 gr/m2.
7. 다층 구조: 폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌)/판지/CNC-PVOH 혼합물/폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌).
PB는 200 내지 500 g/m2의 중량을 가지며, 장벽 층은 1 내지 15 g/m2의 중량을 가지고, 각각의 폴리올레핀 층은 15 내지 30 μm의 두께를 가진다.
이 다층은 하기를 특징으로 한다:
a. 50% RH, 23℃에서, < 1 cc/m2-day; 또는 80% RH, 23℃에서, < 5 cc/m2-day의 산소 투과율;
b. 12 이상인, TAPPI T 559 표준에 따른 그리스 장벽;
c. 90% RH, 38℃에서, < 5 gr/m2-day의 수증기 투과율;
d. 구조에 대한 물 흡수도 없음.
각각의 상기 예시적인 다층에 대한 비교 연구는, CNC/PVOH 장벽 층이 없는 판지가 전혀 산소 장벽을 나타내지 않았고, 판지는 그리스 시험에 실패하였으며, 물 또는 수증기 장벽 특성을 나타내지 않았음을 나타내었다.
8. 다층 구조: 폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌)/판지/폴리올레핀 (예를 들어, 폴리에틸렌)/CNC-PVOH 혼합물/폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌).
PB는 200 내지 500 g/m2의 중량을 가지며, 장벽 층은 1 내지 15 g/m2의 중량을 가지고, 폴리에틸렌은 5 내지 20 g/m2의 중량을 가지며, 각각의 폴리올레핀 층은 15 내지 30 μm의 두께를 가진다.
이 다층은 하기를 특징으로 한다:
a. 50% RH, 23℃에서, < 1 cc/m2-day; 또는 80% RH, 23℃에서, < 5 cc/m2-day의 산소 투과율;
b. 12 이상인, TAPPI T 559 표준에 따른 그리스 장벽;
c. 90% RH, 38℃에서, < 5 gr/m2-day의 수증기 투과율;
d. 구조에 대한 물 흡수도 없음.
장벽이 없는 판지는 산소 장벽이 전혀 없음을 나타내었고, 그리스 시험에 실패하였으며, 물 또는 수증기 장벽 특성이 없었다. 폴리올레핀으로 코팅된 경우, 판지는 여전히 산소 장벽 특성을 나타내지 않는다.
9. 다층 구조: 폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌)/CNC-PVOH 혼합물.
CNC-PVOH 혼합물은 3 내지 10 g/m2의 중량을 가졌으며, 폴리올레핀 층은 15 내지 30 μm의 두께를 가졌다.
이 다층은 하기로 특징지어진다:
a. 50% RH, 23℃에서, < 1 cc/m2-day; 또는 80% RH, 23℃에서, < 15 cc/m2-day의 산소 투과율.
10. 다층 구조: 폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌)/CNC-PVOH 혼합물/고분자 수증기 장벽 (예를 들어, 스티렌-부타디엔).
CNC-PVOH 혼합물은 3 내지 10 g/m2의 중량을 가졌으며, 폴리올레핀 층은 15 내지 30 μm의 두께를 가졌고, 고분자 수증기 장벽은 3 내지 20 g/m2의 중량을 가졌다.
이 다층은 하기를 특징으로 한다:
a. 50% RH, 23℃에서, < 1 cc/m2-day; 또는 80% RH, 23℃에서, < 15 cc/m2-day의 산소 투과율;
b. 90% RH, 38℃에서, < 5 gr/m2-day의 수증기 투과율.
11. 다층 구조: 폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌)/CNC-PVOH 혼합물/폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌).
CNC-PVOH 혼합물은 3 내지 10 g/m2의 중량을 가졌으며, 폴리올레핀 층은 15 내지 30 μm의 두께를 가졌다.
이 다층은 하기를 특징으로 한다:
a. 50% RH, 23℃에서, < 1 cc/m2-day; 또는 80% RH, 23℃에서, < 15 cc/m2-day의 산소 투과율;
b. 90% RH, 38℃에서, < 5 gr/m2-day의 수증기 투과율;
비교 실험에서 입증된 바와 같이, 장벽이 없는 PP와 같은 폴리올레핀은 산소 장벽 특성이 전혀 없었다.
12. 다층 구조: 생분해성 플라스틱 (예를 들어, PHA)/CNC-PVOH 혼합물.
CNC-PVOH 혼합물은 3 내지 10 g/m2의 중량을 가졌으며, PHA 층은 25 내지 200 μm의 두께를 가졌다.
이 다층은 하기를 특징으로 한다:
a. 50% RH, 23℃에서, < 1 cc/m2-day; 또는 80% RH, 23℃에서, < 15 cc/m2-day의 산소 투과율.
13. 다층 구조: 생분해성 플라스틱 (예를 들어, PHA)/CNC-PVOH 혼합물/고분자 수증기 장벽 (예를 들어, 스티렌-부타디엔).
CNC-PVOH 혼합물은 3 내지 10 g/m2의 중량을 가졌으며, PHA 층은 25 내지 200 μm의 두께를 가졌고, 고분자 수증기 장벽은 3 내지 20 g/m2의 중량을 가졌다.
이 다층은 하기를 특징으로 한다:
a. 50% RH, 23℃에서, < 1 cc/m2-day; 또는 80% RH, 23℃에서, < 15 cc/m2-day의 산소 투과율;
b. 90% RH, 38℃에서, < 40 gr/m2-day의 수증기 투과율.
14. 다층 구조: 생분해성 플라스틱 (예를 들어, PHA)/CNC-PVOH 혼합물/생분해성 플라스틱 (예를 들어, PHA).
CNC-PVOH 혼합물은 3 내지 10 g/m2의 중량을 가졌으며, PHA 층은 25 내지 200 μm의 두께를 가졌다.
이 다층은 하기를 특징으로 한다:
a. 50% RH, 23℃에서, < 1 cc/m2-day; 또는 80% RH, 23℃에서, < 15 cc/m2-day의 산소 투과율;
b. 90% RH, 38℃에서, < 200 gr/m2-day의 수증기 투과율;
비교 연구는 장벽이 없는 PHA가 > 50 cc/m2-day의 산소 장벽 속도를 가짐을 나타낸다. PHA의 수증기 장벽은 비-생체플라스틱의 수증기 장벽만큼 좋지 않다. 본 명세서에서 선택된 바와 같이, PHA가 고분자 수증기 장벽으로 코팅되었을 때 수증기 투과율은 3-20배 감소하였다.
나타낸 바와 같이, 본 발명의 다층 구조는 당해 기술분야의 다층에 비해, 몇가지 예를 들면, 개선된 산소 투과율, 수증기 투과율, 그리스 및 오일 장벽 능력, 및 물 흡수도 특성을 나타내었다.
예를 들어, 크라프트지 또는 판지에 코팅된 경우, PVOH 기반 층 또는 수증기 고분자 층에 비해 CNC-PVOH 혼합물 층을 포함하는 다층의 개선된 오일 장벽 특성이 입증되었다:
1. < 10 g/m2의 코팅 중량으로 크라프트지 또는 판지에 코팅된, 스티렌-부타디엔, 아크릴 에멀젼, 래커(lacquer) 등을 기반으로 하는 고분자 수증기 장벽은, < 8의 TAPPI T 559 표준 등급을 야기하였으며, 이는 포장용으로 충분하지 않다. 또한, 이들은 주름 및 접힘 저항을 나타내지 않는다.
2. < 5 g/m2의 코팅 중량의 PVOH 층은 10의 최대 TAPPI T 559 표준 등급을 야기하였으며, 주름 저항을 나타내지 않았다.
3. < 5 g/m2의 코팅 중량의 고분자 수증기 장벽으로 코팅된, < 5 g/m2의 코팅 중량의 PVOH 층 (< 10 g/m2의 총 코팅)은, 11의 최대 TAPPI T 559 표준 등급을 야기하였으며, 주름 저항을 나타내지 않았다.
4. < 5 g/m2의 코팅 중량의 CNC-PVOH 층은 12 (또는 그 이상)의 TAPPI T 559 표준 등급을 야기하였으며, 주름 저항을 나타내지 않았다.
5. < 5 g/m2의 코팅 중량의 고분자 수증기 장벽으로 코팅된, < 5 g/m2의 코팅 중량의 CNC-PVOH 층 (< 10 g/m2의 총 코팅)은, 12 (또는 그 이상)의 TAPPI T 559 표준 등급을 제공하였으며, 완전히 주름 저항성이었다.
따라서, 본 발명의 다층 구조에서 CNC-PVOH 층은 장벽 층으로 작용하는 개선된 특성을 나타내었으며, 추가적으로 고분자 수증기 장벽 층, 특히 아크릴 에멀젼 또는 스티렌-부타디엔 에멀젼을 기반으로 한 층과의 상승 효과를 나타내었다. 2개의 층의 조합은 액체 및 식품 포장의 제조에 필수적인 주름 및 접힘에 대한 저항을 포함하여, 최상의 오일/그리스 장벽 능력을 야기하였다.
따라서, 본 발명은 3 이상의 물질 층을 포함하는 다층 구조 형태의 물품으로서, 상기 3 이상의 물질 층 중 적어도 하나는 기질 층이고, 상기 3 이상의 물질 층 중 적어도 다른 하나는 셀룰로오스 나노결정 (CNC) 및 폴리비닐 알코올 (PVOH)의 혼합물 층인, 물품을 제공한다.
하기의 실시예는 본 명세서에 개시된 임의의 측면 및 개시된 임의의 실시예와 결합하여 관련된다.
일 실시예에서, 물품은 하기 중 하나 이상을 특징으로 한다:
(1) TAPPI T 559 표준 (공정 및 제품 품질 부문의 물리적 특성 위원회에 의해 승인됨)을 이용하여 결정된, 12의 그리스 장벽;
(2) 80% 상대 습도 (RH), 23℃에서 측정시, 0.01 내지 15 cc/m2-day의 산소 투과율 (OTR); 및/또는
(3) 90% RH, 38℃에서 측정시, 0.01 내지 20 gr/m2-day의 수증기 투과율 (WVTR).
일 실시예에서, OTR은 80% 상대 습도 (RH), 23℃에서 측정시, 0.01 내지 1 cc/m2-day 이다.
일 실시예에서, OTR은 80% 상대 습도 (RH), 23℃에서 측정시, 0.01 내지 5 cc/m2-day 이다.
일 실시예에서, OTR은 80% 상대 습도 (RH), 23℃에서 측정시, 1 내지 10 cc/m2-day 이다.
일 실시예에서, OTR은 80% 상대 습도 (RH), 23℃에서 측정시, 1 내지 5 cc/m2-day 이다.
일 실시예에서, OTR은 80% 상대 습도 (RH), 23℃에서 측정시, 1 cc/m2-day 이하이다.
일 실시예에서, WVTR은 90% RH, 38℃에서 측정시, 0.01 내지 1 gr/m2-day 이다.
일 실시예에서, WVTR은 90% RH, 38℃에서 측정시, 0.01 내지 5 gr/m2-day 이다.
일 실시예에서, WVTR은 90% RH, 38℃에서 측정시, 1 내지 10 gr/m2-day 이다.
일 실시예에서, WVTR은 90% RH, 38℃에서 측정시, 1 내지 5 gr/m2-day 이다.
일 실시예에서, WVTR은 90% RH, 38℃에서 측정시, 5 내지 10 gr/m2-day 이다.
일 실시예에서, WVTR은 90% RH, 38℃에서 측정시, 1 gr/m2-day 이하이다.
일 실시예에서, 물품은 생분해성이다.
일 실시예에서, CNC 및 PVOH의 혼합물은 0.001:1 내지 1:0.001 (CNC 대 PVOH)의 비의 CNC 및 PVOH의 혼합물이다.
일 실시예에서, 비는 0.001:1, 0.01:1, 0.1:1, 1:1, 1:0.1, 1:0.01, 1:0.001 w/w, CNC:PVOH 이다.
일 실시예에서, 물품은 3 내지 7의 물질 층으로 이루어지며, 다층 구조는 형태 ABC이고, 여기서 A, B 및 C 각각은 단일 층 또는 2 이상의 물질 층을 나타낸다:
층 A는 고분자 물질, 종이 또는 종이-기반 물질, 고분자 코팅된 종이-기반 물질, 나노셀룰로오스 필름, 나노셀룰로오스/고분자 필름, 직물 물질, 다공성 물질, 막 물질, 광물 물질 및 바니시로부터 선택된 물질을 포함하는 기질이다;
층 B는 임의로 적어도 하나의 추가 물질을 포함하는 CNC-PVOH 혼합물 층이다;
층 C는 고분자 물질, 종이 또는 종이-기반 물질, 고분자 코팅된 종이-기반 물질, 나노셀룰로오스 필름, 나노셀룰로오스/고분자 필름, 직물 물질, 다공성 물질, 막 물질, 광물 물질 및 바니시로부터 선택된 물질을 포함하는 커버 층이다.
일 실시예에서, 상기 CNC-PVOH 혼합물 층은 폴리비닐 아세테이트 (PVAc), 에틸렌 비닐 알콜 (EVOH), 폴리비닐 피롤리돈 (PVP), 전분, 키토산, 폴리아크릴산 (PAA), 폴리에틸렌이민 (PEI), 탄수화물, 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA), 엘라스토머, 이소시아네이트, 폴리우레탄 및 불활성 충전제로부터 선택된 적어도 하나의 추가 물질을 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 CNC-PVOH 혼합물 층은 CNC 및 PVOH로 이루어진다.
일 실시예에서, 구조 ABC에서, 층 B는 CNC-PVOH 혼합물 층, 및 나노결정 (CNC), 미세섬유화 셀룰로오스 (MFC), CNC와 NFC의 조합, CNC와 MFC의 조합, 적어도 하나의 수용성 또는 수분산성 첨가제와 CNC의 혼합물, 및 폴리비닐 알콜 (PVOH), 폴리비닐 아세테이트 (PVAc), 에틸렌 비닐 알콜 (EVOH), 폴리비닐 피롤리돈 (PVP), 전분, 키토산, 폴리아크릴산 (PAA), 폴리에틸렌이민 (PEI), 탄수화물, 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA), 엘라스토머, 이소시아네이트, 폴리우레탄 및 불활성 충전제로부터 선택된 하나 이상의 추가 물질과 CNC의 혼합물로부터 선택된 셀룰로오스 나노물질의 층을 포함한다.
일 실시예에서, 임의의 물질 층은 고분자, 가소제, 계면활성제, 미립자 물질 (나노입자 및 미세입자 포함), 안료, 탄수화물, 염, 전도성 물질, 산소 스캐빈저, 리그닌 및 천연 추출물로부터 선택된 적어도 하나의 첨가제를 포함한다.
일 실시예에서, 층 CNC-PVOH는 층의 총 중량의 0.1wt% 내지 3wt% 불순물을 포함하며, 여기서 불순물은 탄수화물 및 염으로부터 선택된다.
일 실시예에서, 물품은 CNC 및 PVOH로 이루어진 혼합물 층; 기질 층 및 커버 층으로 이루어진다.
일 실시예에서, 층 A 및 층 C 각각은 종이 또는 종이-기반 물질이다.
일 실시예에서, 층 A 및 층 C 각각은 고분자 물질, 고분자 코팅된 종이-기반 물질, 또는 나노셀룰로오스/고분자 필름이다.
일 실시예에서, 층 B는 100 nm - 20 μm의 두께를 가진다.
일 실시예에서, 층 A 및 C 각각은 서로 독립적으로, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 비닐 알콜, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리락트산, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리카프로락톤, 폴리히드록시부티레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리비닐리덴 클로라이드, 전분, 셀룰로오스, 폴리히드록시발레레이트, 폴리히드록시헥사노에이트, 폴리무수물, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리카보네이트로부터 선택된 물질로 이루어진다.
일 실시예에서, 층 A 및 C 중 하나 또는 둘 다는 고분자 코팅된 판지이고, 여기서 고분자는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 비닐 알콜, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리락트산, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리카프로락톤, 폴리히드록시부티레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리비닐리덴 클로라이드, 전분, 셀룰로오스, 폴리히드록시발레레이트, 폴리히드록시헥사노에이트, 폴리무수물, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리카보네이트로부터 선택된다.
일 실시예에서, 층 A 및 C 각각은 서로 독립적으로, 폴리비닐 알콜, 폴리락트산, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리카프로락톤, 폴리히드록시부티레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리부틸렌 석시네이트, 전분, 셀룰로오스, 폴리히드록시발레레이트, 폴리히드록시헥사노에이트, 폴리무수물, 또는 2 이상의 상기한 고분자의 임의의 고분자 혼합물로부터 선택된 생분해성 물질로 이루어진다.
일 실시예에서, 층 A 및 C 중 하나 또는 둘 다는 생분해성 고분자 코팅된 판지이고, 여기서 생분해성 고분자는 폴리비닐 알콜, 폴리락트산, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리카프로락톤, 폴리히드록시부티레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리부틸렌 석시네이트, 전분, 셀룰로오스, 폴리히드록시발레레이트, 폴리히드록시헥사노에이트, 폴리무수물, 또는 2 이상의 상기한 고분자의 임의의 고분자 혼합물로부터 선택된다.
일 실시예에서, 층 A 및 C 중 적어도 하나는 서로 독립적으로 직물이거나 또는 직물을 포함한다.
일 실시예에서, 층 A 및 B 및/또는 층 B 및 C는 서로 직접 결합되거나 또는 프라이머 물질 및 접착제 물질로부터 선택된 계면 물질에 의해 분리된다.
일 실시예에서, 다층 구조는 AABCC, ABCC, AABC, AABCBC, ABCBCC로부터 선택된 형태이며, 여기서 A, B 및 C 각각은 제 16항에 정의된 바와 같다.
일 실시예에서, 물품은 상품, 식품, 액체 및 의약품의 포장에 사용된다.
일 실시예에서, 물품은 종이 또는 종이-기반 물질의 기질 및 CNC-PVOH 혼합물 층을 포함한다.
일 실시예에서, 물품은 3개의 층을 포함한다: 종이 또는 종이-기반 물질의 기질, CNC-PVOH 혼합물 층 및 고분자 수증기 장벽 물질의 층.
일 실시예에서, 물품은 5개의 층을 포함한다: 폴리올레핀 층, 종이 또는 종이-기반 물질의 층, CNC-PVOH 혼합물 층, 고분자 수증기 장벽 물질의 층 및 추가 폴리올레핀 층.
일 실시예에서, 물품은 4개의 층을 포함한다: 폴리올레핀 층, 종이 또는 종이-기반 물질의 층, CNC-PVOH 혼합물 층 및 추가 폴리올레핀 층.
일 실시예에서, 물품은 판지 및 CNC-PVOH 혼합물 층을 포함한다.
일 실시예에서, 물품은 3개의 층을 포함한다: 판지, CNC-PVOH 혼합물 층 및 고분자 수증기 장벽 물질의 층.
일 실시예에서, 물품은 4개의 층을 포함한다: 폴리올레핀 층, 판지, CNC-PVOH 혼합물 층 및 추가 폴리올레핀 층.
일 실시예에서, 물품은 5개의 층을 포함한다: 폴리올레핀 층, 판지, 제 2 폴리올레핀 층, CNC-PVOH 혼합물 층 및 추가 폴리올레핀 층.
일 실시예에서, 물품은 폴리올레핀 층 및 CNC-PVOH 혼합물 층을 포함한다.
일 실시예에서, 물품은 3개의 층을 포함한다: 폴리올레핀 층, CNC-PVOH 혼합물 층 및 고분자 수증기 장벽 물질의 층.
일 실시예에서, 물품은 3개의 층을 포함한다: 폴리올레핀 층, CNC-PVOH 혼합물 층 및 추가 폴리올레핀 층.
일 실시예에서, 물품은 생분해성 플라스틱 물질의 층 및 CNC-PVOH 혼합물 층을 포함한다.
일 실시예에서, 물품은 3개의 층을 포함한다: 생분해성 플라스틱 물질의 층, CNC-PVOH 혼합물 층 및 고분자 수증기 장벽 물질의 층.
일 실시예에서, 물품은 3개의 층을 포함한다: 생분해성 플라스틱 물질의 층, CNC-PVOH 혼합물 층 및 추가 생분해성 플라스틱 물질의 층.
일 실시예에서, 물품은 3개의 층을 포함한다: 판지, CNC-PVOH 혼합물 층 및 생분해성 플라스틱 층.
일 실시예에서, 물품은 4개의 층을 포함한다: 생분해성 플라스틱 층, 판지, CNC-PVOH 혼합물 층 및 추가 생분해성 플라스틱 층.
일 실시예에서, 물품은 5개의 층을 포함한다: 생분해성 플라스틱 층, 판지, 제 2 생분해성 플라스틱 층, CNC-PVOH 혼합물 층 및 추가 생분해성 플라스틱 층.
일 실시예에서, 종이 또는 종이-기반 물질은 크라프트지 또는 판지이다.
일 실시예에서, 종이 또는 종이-기반 물질은 크라프트지이다.
일 실시예에서, 고분자 수증기 장벽 물질은 스티렌, 스티렌-부타디엔, 아크릴 고분자 또는 바니시이다.
일 실시예에서, 고분자 수증기 장벽 물질은 스티렌 또는 스티렌-부타디엔이다.
일 실시예에서, 폴리올레핀은 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌으로부터 선택된다.
본 명세서에 개시된 주제를 더 잘 이해하고 이것이 실제로 수행될 수 있는 방법을 예시하기 위하여, 이제 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 비-제한적인 예로서만 기재될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 다층 구조를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 또 다른 예시적인 다층 구조를 나타낸다.
도 3a-d는 본 발명에 따른 또 다른 예시적인 다층 구조의 상이한 실시예를 나타낸다.
상기 제공된 실시예 이외에, 하기의 실시예를 고려해야 한다.
실시예 1 : 3-층 구조:
층 A: 코로나로 처리된, 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE) - 20 μm
층 B: PVOH/CNC 층 - 5 g/m2
층 C: 코로나로 처리되고 처리된 면에 접착제로 코팅된, 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE) - 20 μm
다층은 층 A/ 층 B/ 층 C를 포함한다.
제조 방법:
1. LDPE 필름 (층 A)을 코로나로 표면 처리하였다;
2. PVOH/CNC 물 현탁액을 LDPE의 처리된 표면에 코팅한 다음 완전히 건조시켰다 (층 B);
3. 코로나 처리된 LDPE 필름을 접착제 층으로 코팅하고, 접착제 코팅된 면이 PVOH/CNC 층을 향하도록 층 B에 적층하였다 (층 C).
다층 구조는 투명하고, 유연하며, 우수한 장벽 능력을 가진 유연하거나 또는 단단한 포장의 제조를 위해 추가 층을 포함하도록 더 적층될 수 있다. LDPE 층은 물, 수증기 및 오일 장벽 능력을 제공하였다. PVOH/CNC 내부 층은 기체 장벽 능력을 제공하였다.
실시예 2 : 다층 구조 (3층):
층 A: 핫멜트 접착제 (예를 들어, 에틸렌 비닐 아세테이트) 층으로 코팅된, 폴리프로필렌 - 30 μm
층 B: PVOH/CNC 층 - 5 g/m2
층 C: 핫멜트 접착제 (예를 들어, 에틸렌 비닐 아세테이트) 층으로 코팅된, 폴리프로필렌 - 30 μm
다층은 층 A/ 층 B/ 층 C를 포함한다.
제조 방법:
1. 폴리프로필렌 필름 (층 A)을 핫멜트 접착제 (예를 들어, 에틸렌 비닐 아세테이트)로 코팅한다;
2. PVOH/CNC 물 현탁액을 핫멜트 층에 코팅한 다음 완전히 건조시켰다 (층 B);
3. 핫멜트 층으로 코팅된 폴리프로필렌 필름을, 접착제 코팅된 면이 PVOH/CNC 층을 향하도록, 층 B에 적층하였다 (층 C).
다층 구조는 투명하고, 유연하며, 우수한 장벽 능력을 가진 유연하거나 또는 단단한 포장의 제조를 위해 더 많은 층에 더 적층될 수 있다. 폴리프로필렌 층은 물, 수증기 및 오일 장벽 능력을 제공한다. PVOH/CNC 내부 층은 기체 장벽 능력을 제공하고 기계적 특성을 개선시킨다.
실시예 2에 기재된 층 구조의 기계적 특성은 인스트론 기계(Instron machine)를 이용하여 인장 시험으로 시험하였다:
- 탄성 계수(Elastic modulus)는 함께 적층된 층 A 및 C의 기준에 비해 40%-125% 개선된다.
- 파단 연신율(Elongation at break)은 함께 적층된 층 A 및 C의 기준에 비해 7-20% 개선된다.
실시예 3 : 5-층 구조:
층 A1: 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE) - 20 μm
층 A2: LDPE로 코팅된, 판지
층 A3: 코로나로 처리된, 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE) - 15 μm
층 B: PVOH/CNC 층 - 4 g/m2
층 C1: 코로나로 처리된, 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE) - 15 μm
층 C2: 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE)
다층은 층 A1/ 층 A2/ 층 B/ 층 C1/ 층 C2을 포함한다.
제조 방법:
1. LDPE 필름 (층 A3)을 코로나로 표면 처리하였다;
2. PVOH/CNC 물 현탁액을 LDPE의 처리된 표면에 코팅한 다음, 완전히 건조시켰다 (층 B);
3. 코로나 처리된 LDPE 필름을, 코로나 처리된 면이 PVOH/CNC 층을 향하도록, 층 B에 적층하였다 (층 C1);
4. LDPE를 판지의 표면에 압출시켰다 (층 A2);
5. LDPE를 판지의 다른 면에서 압출시켰다 (층 A1);
6. 다층의 층 A3/B/C1를 층 A2에 적층시켰다;
7. LDPE를 층 C1에 압출시켰다 (층 C2).
이 다층 구조는 단단한 포장에 사용될 수 있다. 판지 층은 기계적 안정성을 제공하였고, LDPE 층은 물, 수증기 및 오일 장벽 능력을 제공하였다. PVOH/CNC 내부 층은 기체 장벽 능력을 제공하였다:
- ~1.2 g/m2의 장벽 층을 갖는 층 B가 있는 이 구조는 80% RH에서 OTR~4를 가졌다.
- ~2.4 g/m2의 장벽 층을 갖는 층 B가 있는 이 구조는 80% RH에서 OTR~2를 가졌다.
- ~4 g/m2의 장벽 층을 갖는 층 B가 있는 이 구조는 80% RH에서 OTR~1을 가졌다.
- ~5 g/m2의 장벽 층을 갖는 층 B가 있는 이 구조는 80% RH에서 OTR<1을 가졌다.

Claims (56)

  1. 3 이상의 물질 층을 포함하는 다층 구조 형태의 물품으로서, 상기 3 이상의 물질 층 중 적어도 하나는 기질 층이고, 상기 3 이상의 물질 층 중 적어도 다른 하나는 셀룰로오스 나노결정 (CNC) 및 폴리비닐 알코올 (PVOH)의 혼합물 층인, 물품.
  2. 제 1항에 있어서, 하기 중 하나 이상을 특징으로 하는, 물품.
    (1) TAPPI T 559 표준을 이용하여 결정된, 12의 그리스 장벽;
    (2) 80% 상대 습도 (RH), 23℃에서 측정시, 0.01 내지 15 cc/m2-day의 산소 투과율 (OTR); 및/또는
    (3) 90% RH, 38℃에서 측정시, 0.01 내지 20 gr/m2-day의 수증기 투과율 (WVTR).
  3. 제 2항에 있어서, OTR은 80% 상대 습도 (RH), 23℃에서 측정시, 0.01 내지 1 cc/m2-day 인 것을 특징으로 하는, 물품.
  4. 제 2항에 있어서, OTR은 80% 상대 습도 (RH), 23℃에서 측정시, 0.01 내지 5 cc/m2-day 인 것을 특징으로 하는, 물품.
  5. 제 2항에 있어서, OTR은 80% 상대 습도 (RH), 23℃에서 측정시, 1 내지 10 cc/m2-day 인 것을 특징으로 하는, 물품.
  6. 제 2항에 있어서, OTR은 80% 상대 습도 (RH), 23℃에서 측정시, 1 내지 5 cc/m2-day 인 것을 특징으로 하는, 물품.
  7. 제 1항에 있어서, OTR은 80% 상대 습도 (RH), 23℃에서 측정시, 1 cc/m2-day 이하인 것을 특징으로 하는, 물품.
  8. 제 2항에 있어서, WVTR은 90% RH, 38℃에서 측정시, 0.01 내지 1 gr/m2-day 인 것을 특징으로 하는, 물품.
  9. 제 2항에 있어서, WVTR은 90% RH, 38℃에서 측정시, 0.01 내지 5 gr/m2-day 인 것을 특징으로 하는, 물품.
  10. 제 2항에 있어서, WVTR은 90% RH, 38℃에서 측정시, 1 내지 10 gr/m2-day 인 것을 특징으로 하는, 물품.
  11. 제 2항에 있어서, WVTR은 90% RH, 38℃에서 측정시, 1 내지 5 gr/m2-day 인 것을 특징으로 하는, 물품.
  12. 제 2항에 있어서, WVTR은 90% RH, 38℃에서 측정시, 5 내지 10 gr/m2-day 인 것을 특징으로 하는, 물품.
  13. 제 1항에 있어서, WVTR은 90% RH, 38℃에서 측정시, 1 gr/m2-day 이하인 것을 특징으로 하는, 물품.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 생분해성인 것을 특징으로 하는, 물품.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, CNC 및 PVOH의 혼합물은 0.001:1 내지 1:0.001 (CNC 대 PVOH)의 비의 CNC 및 PVOH의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 물품.
  16. 제 15항에 있어서, 비는 0.001:1, 0.01:1, 0.1:1, 1:1, 1:0.1, 1:0.01, 1:0.001 w/w, CNC:PVOH인 것을 특징으로 하는, 물품.
  17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 물품은 3 내지 7의 물질 층으로 이루어지며, 다층 구조는 형태 ABC이고, 여기서 A, B 및 C 각각은 단일 층 또는 2 이상의 물질 층을 나타내며,
    층 A는 고분자 물질, 종이 또는 종이-기반 물질, 고분자 코팅된 종이-기반 물질, 나노셀룰로오스 필름, 나노셀룰로오스/고분자 필름, 직물 물질, 다공성 물질, 막 물질, 광물 물질 및 바니시로부터 선택된 물질을 포함하는 기질이고;
    층 B는 임의로 적어도 하나의 추가 물질을 포함하는 CNC-PVOH 혼합물 층이며;
    층 C는 고분자 물질, 종이 또는 종이-기반 물질, 고분자 코팅된 종이-기반 물질, 나노셀룰로오스 필름, 나노셀룰로오스/고분자 필름, 직물 물질, 다공성 물질, 막 물질, 광물 물질 및 바니시로부터 선택된 물질을 포함하는 커버 층인 것을 특징으로 하는, 물품.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 CNC-PVOH 혼합물 층은 폴리비닐 아세테이트 (PVAc), 에틸렌 비닐 알콜 (EVOH), 폴리비닐 피롤리돈 (PVP), 전분, 키토산, 폴리아크릴산 (PAA), 폴리에틸렌이민 (PEI), 탄수화물, 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA), 엘라스토머, 이소시아네이트, 폴리우레탄 및 불활성 충전제로부터 선택된 적어도 하나의 추가 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 물품.
  19. 제 1항에 있어서, 상기 CNC-PVOH 혼합물 층은 CNC 및 PVOH로 이루어진 것을 특징으로 하는, 물품.
  20. 제 17항에 있어서, 구조 ABC에서, 층 B는 CNC-PVOH 혼합물 층, 및 나노결정 (CNC), 미세섬유화 셀룰로오스 (MFC), CNC와 NFC의 조합, CNC와 MFC의 조합, 적어도 하나의 수용성 또는 수분산성 첨가제와 CNC의 혼합물, 및 폴리비닐 알콜 (PVOH), 폴리비닐 아세테이트 (PVAc), 에틸렌 비닐 알콜 (EVOH), 폴리비닐 피롤리돈 (PVP), 전분, 키토산, 폴리아크릴산 (PAA), 폴리에틸렌이민 (PEI), 탄수화물, 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA), 엘라스토머, 이소시아네이트, 폴리우레탄 및 불활성 충전제로부터 선택된 하나 이상의 추가 물질과 CNC의 혼합물로부터 선택된 셀룰로오스 나노물질의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 물품.
  21. 제 1항 또는 제 17항에 있어서, 임의의 물질 층은 고분자, 가소제, 계면활성제, 미립자 물질, 안료, 탄수화물, 염, 전도성 물질, 산소 스캐빈저, 리그닌 및 천연 추출물로부터 선택된 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 물품.
  22. 제 1항에 있어서, 층 CNC-PVOH는 층의 총 중량의 0.1wt% 내지 3wt% 불순물을 포함하며, 여기서 불순물은 탄수화물 및 염으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 물품.
  23. 제 1항에 있어서, 물품은 CNC 및 PVOH로 이루어진 혼합물 층; 기질 층 및 커버 층으로 이루어진, 물품.
  24. 제 17항에 있어서, 층 A 및 층 C 각각은 종이 또는 종이-기반 물질인 것을 특징으로 하는, 물품.
  25. 제 17항에 있어서, 층 A 및 층 C 각각은 고분자 물질, 고분자 코팅된 종이-기반 물질, 또는 나노셀룰로오스/고분자 필름인 것을 특징으로 하는, 물품.
  26. 제 17항에 있어서, 층 B는 100 nm - 20 μm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 물품.
  27. 제 17항에 있어서, 층 A 및 C 각각은 서로 독립적으로, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 비닐 알콜, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리락트산, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리카프로락톤, 폴리히드록시부티레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리비닐리덴 클로라이드, 전분, 셀룰로오스, 폴리히드록시발레레이트, 폴리히드록시헥사노에이트, 폴리무수물, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리카보네이트로부터 선택된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는, 물품.
  28. 제 17항에 있어서, 층 A 및 C 중 하나 또는 둘 다는 고분자 코팅된 판지이고, 여기서 고분자는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 비닐 알콜, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리락트산, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리카프로락톤, 폴리히드록시부티레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리비닐리덴 클로라이드, 전분, 셀룰로오스, 폴리히드록시발레레이트, 폴리히드록시헥사노에이트, 폴리무수물, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리카보네이트로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 물품.
  29. 제 17항에 있어서, 층 A 및 C 각각은 서로 독립적으로, 폴리비닐 알콜, 폴리락트산, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리카프로락톤, 폴리히드록시부티레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리부틸렌 석시네이트, 전분, 셀룰로오스, 폴리히드록시발레레이트, 폴리히드록시헥사노에이트, 폴리무수물, 또는 2 이상의 상기한 고분자의 임의의 고분자 혼합물로부터 선택된 생분해성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는, 물품.
  30. 제 17항에 있어서, 층 A 및 C 중 하나 또는 둘 다는 생분해성 고분자 코팅된 판지이고, 여기서 생분해성 고분자는 폴리비닐 알콜, 폴리락트산, 폴리히드록시알카노에이트, 폴리카프로락톤, 폴리히드록시부티레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리부틸렌 석시네이트, 전분, 셀룰로오스, 폴리히드록시발레레이트, 폴리히드록시헥사노에이트, 폴리무수물, 또는 2 이상의 상기한 고분자의 임의의 고분자 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 물품.
  31. 제 17항에 있어서, 층 A 및 C 중 적어도 하나는 서로 독립적으로 직물이거나 또는 직물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 물품.
  32. 제 17항에 있어서, 층 A 및 B 및/또는 층 B 및 C는 서로 직접 결합되거나 또는 프라이머 물질 및 접착제 물질로부터 선택된 계면 물질에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는, 물품.
  33. 제 17항에 있어서, 다층 구조는 AABCC, ABCC, AABC, AABCBC, ABCBCC로부터 선택된 형태이며, 여기서 A, B 및 C 각각은 제 17항에 정의된 바와 같은 것을 특징으로 하는, 물품.
  34. 제 1항 내지 제 33항 중 어느 한 항에 있어서, 상품, 식품, 액체 및 의약품의 포장에 사용되는 것을 특징으로 하는, 물품.
  35. 제 1항에 있어서, 종이 또는 종이-기반 물질의 기질 및 CNC-PVOH 혼합물 층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 물품.
  36. 제 1항에 있어서, 3개의 층: 종이 또는 종이-기반 물질의 기질, CNC-PVOH 혼합물 층 및 고분자 수증기 장벽 물질의 층을 포함하는, 물품.
  37. 제 1항에 있어서, 5개의 층: 폴리올레핀 층, 종이 또는 종이-기반 물질의 층, CNC-PVOH 혼합물 층, 고분자 수증기 장벽 물질의 층 및 추가 폴리올레핀 층을 포함하는, 물품.
  38. 제 1항에 있어서, 4개의 층: 폴리올레핀 층, 종이 또는 종이-기반 물질의 층, CNC-PVOH 혼합물 층 및 추가 폴리올레핀 층을 포함하는, 물품.
  39. 제 1항에 있어서, 판지 및 CNC-PVOH 혼합물 층을 포함하는, 물품.
  40. 제 1항에 있어서, 3개의 층: 판지, CNC-PVOH 혼합물 층 및 고분자 수증기 장벽 물질의 층을 포함하는, 물품.
  41. 제 1항에 있어서, 4개의 층: 폴리올레핀 층, 판지, CNC-PVOH 혼합물 층 및 추가 폴리올레핀 층을 포함하는, 물품.
  42. 제 1항에 있어서, 5개의 층: 폴리올레핀 층, 판지, 제 2 폴리올레핀 층, CNC-PVOH 혼합물 층 및 추가 폴리올레핀 층을 포함하는, 물품.
  43. 제 1항에 있어서, 폴리올레핀 층 및 CNC-PVOH 혼합물 층을 포함하는, 물품.
  44. 제 1항에 있어서, 3개의 층: 폴리올레핀 층, CNC-PVOH 혼합물 층 및 고분자 수증기 장벽 물질의 층을 포함하는, 물품.
  45. 제 1항에 있어서, 3개의 층: 폴리올레핀 층, CNC-PVOH 혼합물 층 및 추가 폴리올레핀 층을 포함하는, 물품.
  46. 제 1항에 있어서, 생분해성 플라스틱 물질의 층 및 CNC-PVOH 혼합물 층을 포함하는, 물품.
  47. 제 1항에 있어서, 3개의 층: 생분해성 플라스틱 물질의 층, CNC-PVOH 혼합물 층 및 고분자 수증기 장벽 물질의 층을 포함하는, 물품.
  48. 제 1항에 있어서, 3개의 층: 생분해성 플라스틱 물질의 층, CNC-PVOH 혼합물 층 및 추가 생분해성 플라스틱 물질의 층을 포함하는, 물품.
  49. 제 1항에 있어서, 3개의 층: 판지, CNC-PVOH 혼합물 층 및 생분해성 플라스틱 층을 포함하는, 물품.
  50. 제 1항에 있어서, 4개의 층: 생분해성 플라스틱 층, 판지, CNC-PVOH 혼합물 층 및 추가 생분해성 플라스틱 층을 포함하는, 물품.
  51. 제 1항에 있어서, 5개의 층: 생분해성 플라스틱 층, 판지, 제 2 생분해성 플라스틱 층, CNC-PVOH 혼합물 층 및 추가 생분해성 플라스틱 층을 포함하는, 물품.
  52. 제 35항 내지 제 51항 중 어느 한 항에 있어서, 종이 또는 종이-기반 물질은 크라프트지 또는 판지인 것을 특징으로 하는, 물품.
  53. 제 51항에 있어서, 종이 또는 종이-기반 물질은 크라프트지인 것을 특징으로 하는, 물품.
  54. 제 35항 내지 제 51항 중 어느 한 항에 있어서, 고분자 수증기 장벽 물질은 스티렌, 스티렌-부타디엔, 아크릴 고분자 또는 바니시인 것을 특징으로 하는, 물품.
  55. 제 54항에 있어서, 고분자 수증기 장벽 물질은 스티렌 또는 스티렌-부타디엔인 것을 특징으로 하는, 물품.
  56. 제 35항 내지 제 51항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리올레핀은 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 물품.
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