KR20210019073A - 광 차단 마개 - Google Patents

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KR20210019073A
KR20210019073A KR1020217000601A KR20217000601A KR20210019073A KR 20210019073 A KR20210019073 A KR 20210019073A KR 1020217000601 A KR1020217000601 A KR 1020217000601A KR 20217000601 A KR20217000601 A KR 20217000601A KR 20210019073 A KR20210019073 A KR 20210019073A
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쉐릴 마리 스탠식
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더 케무어스 컴퍼니 에프씨, 엘엘씨
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Abstract

새로운 광 차단 마개(light protective closure)는 벽 부분(들) 및 상부 플레이트를 포함한다. 상부 플레이트에는 상부 플레이트를 형성하는 데 사용되는 재료에 의해 제공되는 광 차단에 더하여 적어도 부분적인 보조 광 차단 층이 제공된다.

Description

광 차단 마개
패키지(package) 내에 수용된 소정 화합물 및 영양소는 광 노출에 의해 악영향을 받을 수 있다. 광에 대한 직접 또는 간접 노출의 결과로서 다수의 상이한 화학적 및 물리적 변화가 분자 종(molecular species)에 발생할 수 있으며, 이는 집합적으로 광화학적 프로세스로서 정의될 수 있다. 앳킨스(Atkins)의 문헌에 기재된 바와 같이, 광화학적 프로세스는 일차적 흡수, 물리적 프로세스(예를 들어, 형광, 충돌-유도된 방출, 유도 방출, 계간 교차(intersystem crossing), 인광, 내부 전환, 단일항 전자 에너지 전달(singlet electronic energy transfer), 에너지 풀링(pooling), 삼중항 전자 에너지 전달, 삼중항-삼중항 흡수(triplet-triplet absorption)), 이온화(예를 들어, 페닝(Penning) 이온화, 해리 이온화, 충돌 이온화, 결합 이온화), 또는 화학적 프로세스(예를 들어, 해리 또는 분해, 부가 또는 삽입, 제거(abstraction) 또는 단편화, 이성체화, 해리적 여기(dissociative excitation))를 포함할 수 있다(문헌[Atkins, P.W.; Table 26.1 Photochemical Processes. Physical Chemistry, 5th Edition; Freeman: New York, 1994; 908.]). 일례로, 광은 감광제 화학종(예를 들어, 유제품 내의 리보플라빈)의 여기를 유발할 수 있으며, 이어서 이는 존재하는 다른 화학종(예를 들어, 산소, 지질)과 후속 반응하여, 가치 있는 제품(예를 들어, 식품 내의 영양소)의 분해 및 제품의 특질을 조정할 수 있는 화학종(예를 들어, 식품 내의 이취(off-odor))의 발생을 포함하는 변화를 유도할 수 있다.
그와 같이, 패키지 내용물(들)의 보호를 가능하게 하기에 충분한 광 차단(light protection) 특성 및 운송, 보관 및 사용 조건을 견디기에 충분한 기계적 특성을 갖는 패키징을 제공할 필요가 있다.
수용하는 물질을 보호하는 패키지의 능력은 패키지를 디자인하고 구성하는 데 사용되는 재료에 따라 크게 좌우된다(본 명세서에 참고로 포함된 참고 문헌[Food Packaging and Preservation; edited M. Mathlouthi, ISBN: 0-8342-1349-4; Aspen publication; Copyright 1994]; 문헌[Plastic Packaging Materials for Food; Barrier Function, Mass Transport, Quality Assurance and Legislation: ISBN 3-527-28868-6; edited by O.G Piringer; A.L. Baner; Wiley-vch Verlag GmBH, 2000]). 바람직한 패키징 재료는 수분, 광 및 산소의 침투를 고려하여 디자인되며, 이는 종종 장벽(barrier) 특징으로서 지칭된다.
패키징에 사용되는 재료의 광 장벽 특징은 패키지 내용물에 대한 광 차단을 제공하는 것이 바람직하다. 패키징 재료의 광 차단을 측정하고 이러한 차단을, 요지(subject matter)가 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 공동 소유의 미국 특허 제9,638,679호("광보호 재료에 기초하여 새로운 패키징 디자인을 생성하는 방법"(Methods for producing new packaging designs based on photoprotective materials))에 기재된 바와 같이 "광 차단 지수"(light protection factor) 또는 (LPF)로 특성화하는 방법이 기재되어 있다. 또한 문헌["Accelerated light protection performance measurement technology validated for dairy milk packaging design", Stancik, Cheryl M.; Conner, Denise A.; Jernakoff, Peter; Niedenzu, Philipp M.; Duncan, Susan E.; Bianchi, Laurie M.; Johnson, Daryan S., Packaging Technology and Science, DOI 10.1002/pts.2326; Jun 2017]을 참조한다.
이산화티타늄(TiO2)이 플라스틱 식품 패키징 층(들)에 낮은 수준(조성물의 0.1 중량% 내지 5 중량%의 전형적인 수준(이하에서 "중량%"는 wt%로 약칭됨))으로 빈번하게 사용되어 식품 패키지에 백색성 및/또는 불투명성과 같은 심미적 특질을 제공한다. 이러한 특질에 더하여, 이산화티타늄은, 예를 들어 미국 특허 제5,750,226호; 미국 특허 제6,465,062호; 및 미국 특허 출원 공개 제2004/0195141호에 기재된 바와 같이 소정 엔티티(entity)의 광 차단을 제공할 수 있는 재료로서 인식되지만;
유용한 패키징 디자인은 목표 응용에 대해 합당한 비용으로 필요한 광 차단 및 기능적 성능을 제공하는 디자인이다. 패키징 디자인의 비용은 부분적으로는 패키징 디자인을 생성하는 데 필요한 구성 재료 및 가공에 의해 결정된다.
우유 패키징은, 광 노출의 악영향으로부터 우유를 보호하기 위해 패키지에서 광을 차단하는 이점이 있는 응용이다. 우유에 대한 광 노출은 우유 내의 일부 화학종의 분해를 가져올 수 있으며; 이러한 분해는 우유의 영양소 수준 및 감각적 특질의 감소를 가져온다(예를 들어, 문헌["Riboflavin Photosensitized Singlet Oxygen Oxidation of Vitamin D", J. M. King and D. B. Min, V 63, No. 1, 1998, Journal of Food Science, page 31]). 따라서, 광 차단 패키징에 의한 광으로부터의 유제품의 보호는, 광 차단을 갖지 않는 전형적인 패키징으로 패키징된 우유와 비교할 때, 영양소 수준 및 감각적 특질이 장기간 동안 그의 초기 수준으로 보존되게 할 것이다(예를 들어, 문헌["Effect of Package Light Transmittance on Vitamin Content of Milk. Part 2: UHT Whole Milk." A. Saffert, G. Pieper, J. Jetten; Packaging Technology and Science, 2008; 21: 47-55]).
최신 패키지는 패키지 내에 수용된 제품의 광 노출 가능성을 허용하는 패키지의 모든 영역을 비롯한 광 노출 병 디자인의 모든 부분을 고려하지는 못 한다. 예를 들어, 광 차단 젖병의 경우, 이는 병(상부, 숄더, 측면, 베이스의 모든 표면)뿐만 아니라 마개(closure)(예를 들어, 뚜껑(cap))를 포함한다. 최적의 광 차단 성능을 위해, 병 및 뚜껑은 실질적으로 동일한 광 차단 성능을 가져야 하거나, 대안적으로, 병 및 뚜껑의 광 차단 성능이 상이한 경우, 병 또는 뚜껑 중 어느 하나에 대한 최소 성능 수준에 의해 원하는 광 차단 성능이 충족되어야 한다.
공동 소유의 국제특허 출원 PCT/US2018/025372호는 상기의 문제에 대한 한 가지 해결책을 제공한다. 패키지 내에 수용된 제품의 광 노출 가능성을 허용하는 패키지의 모든 영역을 비롯한 광 노출 패키지 디자인의 모든 부분을 고려하는, 단층 용기 및 단층 마개를 포함하는 신규한 광 차단 패키지가 개시된다. 구체적으로, 마개에 광 차단 성능을 제공하기 위해 광 차단 재료로 생성된 충분한 두께의 상부 부분을 포함하는 단층 마개가 개시된다. 예를 들어, 단층 마개 상부 부분은 두께가 약 50 밀(mil) 이상일 수 있다.
본 발명은 마개의 광 취약 부분, 즉 병의 개구를 덮는 마개 상부 플레이트의 부분에 부착된 광 차단 필름(예를 들어, 라벨)과 마개의 조합에 의해 전술한 문제에 대한 해결책을 제공한다. 마개의 취약 치수와 일치하도록 광 차단 라벨 재료를 정확하게 식별하고 크기 설정함으로써, 마개는 부착된 광 차단 필름에 의해 광 차단성이 될 수 있다.
본 발명은 측벽(들) 부분 및 상부 플레이트를 포함하는 광 차단 마개(예를 들어, 뚜껑)를 포함하며, 여기서 상부 플레이트에는 상부 플레이트를 형성하는 데 사용되는 재료에 의해 제공되는 광 차단에 더하여 보조 광 차단 층, 예를 들어, 필름, 라벨, 인쇄된 잉크 층 등이 제공된다. 마개는 상응하는 용기(예컨대, 병 등)와 합쳐져 광 차단 패키지를 제공할 수 있다. 최적의 광 차단 성능을 위해, 보조 광 차단 층을 갖는 상부 플레이트 부분과 용기는 실질적으로 동일한 광 차단 성능을 가질 수 있거나, 대안적으로, 보조 광 차단 층을 갖는 상부 플레이트 부분과 용기의 광 차단 성능이 상이한 경우, 보조 광 차단 층을 갖는 상부 플레이트 부분 또는 용기 중 어느 하나에 대한 최소 성능 수준에 의해 원하는 광 차단 성능이 충족되어야 한다.
도 1은 마개의 단면을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 마개의 단면을 도시한다.
도 3a는 본 발명에 따른 마개 및 용기의 단면을 도시한다.
도 3b는 본 발명에 따른 마개의 평면도를 도시한다.
본 발명은 측벽(들) 부분 및 상부 플레이트를 포함하는 광 차단 마개(예를 들어, 뚜껑)를 포함하며, 여기서 상부 플레이트에는 상부 플레이트를 형성하는 데 사용되는 재료에 의해 제공되는 광 차단에 더하여 보조 광 차단 층이 제공된다. 마개는 상응하는 용기(예컨대, 병 등)와 합쳐져 광 차단 패키지를 제공할 수 있다. 최적의 광 차단 성능을 위해, 보조 광 차단 층을 갖는 상부 플레이트 부분과 용기는 실질적으로 동일한 광 차단 성능을 가질 수 있거나, 대안적으로, 보조 광 차단 층을 갖는 상부 플레이트 부분과 용기의 광 차단 성능이 상이한 경우, 보조 광 차단 층을 갖는 상부 플레이트 부분 또는 용기 중 어느 하나에 대한 최소 성능 수준에 의해 원하는 패키지 광 차단 성능이 충족되어야 한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "포함하는"은 언급되는 바와 같은 기재된 특징, 정수, 단계 또는 성분의 존재를 명시하는 것으로 해석될 것이지만, 하나 이상의 특징, 정수, 단계, 또는 성분 또는 이의 그룹의 존재 또는 부가를 배제하지 않는다. 부가적으로, 용어 "포함하는"은 용어 "~로 본질적으로 이루어진" 및 "~로 이루어진"에 의해 포괄되는 예를 포함하고자 한다. 유사하게, 용어 "~로 본질적으로 이루어진"은 용어 "~로 이루어진"에 의해 포괄되는 예를 포함하고자 한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 양, 농도, 또는 다른 값 또는 파라미터가 범위, 전형적인 범위, 또는 전형적인 상한 값과 전형적인 하한 값의 목록으로서 주어진 경우, 이는, 범위가 개별적으로 개시되어 있는지 여부와 상관없이, 임의의 범위 상한 또는 전형적인 값 및 임의의 범위 하한 또는 전형적인 값의 임의의 쌍으로 이루어진 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 수치 값의 범위가 본 명세서에서 언급될 경우, 달리 기술되지 않는다면, 범위는 그 종점 및 범위 내의 모든 정수와 분수를 포함하고자 한다. 본 발명의 범주는 범위를 한정할 때 언급되는 구체적인 값으로 제한되는 것으로는 의도되지는 않는다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수 용어 및 단수 형태("a," "an" 및 "the")는, 예를 들어 내용이 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 복수 언급(plural reference)을 포함한다. 따라서, 예를 들어, 단수 형태의 "TiO2 입자"에 대한 언급은 또한 복수의 TiO2 입자를 포함한다. 본 특허 출원에 인용된 모든 참고 문헌은 본 명세서에 참고로 포함된다.
마개는 (나사산을 포함할 수 있는 병 뚜껑과 같이) 제거가능하고 재밀봉가능하다. 본 발명의 일 태양에서, 마개는 플라스틱을 포함한다. 본 발명의 추가의 태양에서, 플라스틱 마개는 상응하는 용기와 합쳐져 유제품(dairy product) 패키지, 예를 들어 우유 용기와 마개를 형성할 수 있다.
보조 광 차단 층은, 마개 상부 플레이트와 합쳐질 때, 상부 플레이트 단독과 비교하여 상부 플레이트의 광 차단 계수("LPF") 값을 증가시킬 임의의 적합한 재료일 수 있다. 광 차단 층 재료는, 예를 들어 라벨, 필름, 잉크 층 등일 수 있다. 보조 광 차단 층 재료의 비제한적인 예에는 금속, 금속 포일(foil), 금속화 플라스틱, 인쇄되거나 착색된 플라스틱이 포함된다. 필름 재료는 라벨일 수 있다. 필름은 스티커를 포함할 수 있다. 보조 광 차단 층은 내습성일 수 있다. 보조 광 차단 층은 온도 내성일 수 있다. 보조 광 차단 층은 금속 또는 금속화 포일과 같은 박막일 수 있다. 보조 광 차단 층은 또한 광 반사 재료일 수 있다.
마개의 상부 플레이트에는 상응하는 용기의 개구를 덮을 상부 플레이트의 적어도 그 부분을 덮는 하나 이상의 추가 층이 제공된다. 그러한 층 또는 층들은 라벨, 종이, 인쇄된 잉크, 랩, 코팅 처리 또는 다른 재료로부터 형성될 수 있다. 층 또는 층들은 상응하는 용기의 개구를 덮을 상부 플레이트의 부분보다 더 많이 덮을 수 있으며 상부 플레이트의 에지(들)로 연장될 수 있다. 층 또는 층들은 상부 플레이트의 내측 표면, 외측 표면, 또는 둘 모두 상에 있을 수 있다. 층 또는 층들은 패키지에 추가적인 광 차단 성능을 제공한다. 층은 밀봉 성능을 개선하거나 브랜딩(branding) 정보를 제공하는 것과 같은 다른 기능을 또한 제공할 수 있다.
본 발명의 일 태양에서, 사출 성형이 마개를 제조하는 데 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 마개(1)는 상부 플레이트(2) 및 측벽(들) 부분(3)을 포함한다. 측벽(들) 부분(3)은 임의의 적합한 기하학적 형상일 수 있지만, 용기의 상응하는 개구에 따라, 전형적으로, 예를 들어 원통형 또는 타원형 형상일 수 있다. 단일 벽 구조물로서 도시되지만, 벽 부분은 하나 초과의 섹션으로 제작될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 마개 상부 플레이트(2)에는 보조 광 차단 층(들)(4a, 4b)이 제공되어, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상응하는 용기(5)의 개구(a)를 덮는 상부 플레이트(2)의 적어도 그 부분에 걸쳐 광 차단 값을 증가시킨다. 마개는 하나 초과의 재료 또는 층으로 구성될 수 있으며 가스 장벽 또는 산소 제거와 같은 목적을 위한 층을 포함할 수 있다. 층은 담겨있는(enclosed) 제품을 향해 마개의 하부면 상에 있을 수 있다.
보조 광 차단 층(들)(4a, 4b)은 상부 플레이트(2)의 내측 표면(6), 외측 표면(7), 또는 상부 플레이트(2)의 내측 표면(6)과 외측 표면(7) 둘 모두 상에 위치될 수 있다. 보조 광 차단 층(들)(4a, 4b)은 적어도 용기(5)의 개구(a)를 덮을 상부 플레이트의 영역을 덮기에 충분한 치수를 갖는다. 보조 광 차단 층(들)은 임의의 적합한 수단에 의해 상부 플레이트에 부착될 수 있으며, 제거가능하거나 그에 영구적으로 부착될 수 있다.
마개(1)는 임의의 용기(5)(예컨대, 병)와 함께 사용될 수 있으며, 마개(1)는 용기(5)의 개구(a)를 밀봉하도록 디자인된다. 마개는 제거가능하고 재밀봉가능할 수 있으며, 용기를 재밀봉하기 위해 뚜껑을 밀어서 용기의 개구와 맞물리게 함으로써 밀봉될 수 있는 마개와 같이 나사식 측벽(들) 또는 상응하는 용기와 맞물리거나 밀봉되도록 달리 디자인된 측벽(들)이 마개에 제공될 수 있다.
본 발명의 마개는 임의의 적합한 용기와 함께 사용될 수 있지만, 바람직한 용기에는 공동 소유의 PCT 특허 출원 PCT/US2018/025372호, 미국 특허 출원 공개 제20160083554호, 국제특허 공개 WO2016/196529호, 및 PCT 특허 출원 PCT/US2017/066105호에 개시된 용기가 포함되고, 이들 각각의 요지는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
LPF 및 LPF 값 측정에 대한 상세한 설명은 발명의 명칭이 "광보호 재료에 기초하여 새로운 패키징 디자인을 생성하는 방법"인 공동 소유의 미국 특허 제9,638,679호 및 발명의 명칭이 "광보호 재료를 결정하는 장치"인 미국 특허 제9,372,145호에 기재되어 있으며, 둘 모두의 특허의 요지는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 추가적인 정보는 이들 특허의 실시예 섹션에서 찾을 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 LPF 값은 이들 두 특허에서의 교시에 따라 결정된다.
마개(및 용기)는 플라스틱을 포함할 수 있고 TiO2 입자를 추가로 포함할 수 있다. 더욱이, 마개(및 용기)는 적어도 하나의 착색 안료를 추가로 포함할 수 있다. TiO2 입자 및 적어도 하나의 착색 안료는 마개(및 용기) 재료 전체에 걸쳐 분산될 수 있다. 보조 광 차단 층을 갖는 마개 상부 플레이트는 광 차단 지수("LPF") 값이 20 이상, 바람직하게는 30 초과, 더욱 바람직하게는 40 초과, 더욱 바람직하게는 50 초과, 더욱 바람직하게는 60 초과, 더욱 바람직하게는 80 초과, 그리고 더욱 더 바람직하게는 100 초과일 수 있다. 용기는 광 차단 지수("LPF") 값이 20 이상, 바람직하게는 30 초과, 더욱 바람직하게는 40 초과, 더욱 바람직하게는 50 초과, 더욱 바람직하게는 60 초과, 더욱 바람직하게는 80 초과, 그리고 더욱 더 바람직하게는 100 초과일 수 있다.
이산화티타늄(및 선택적으로 적어도 하나의 착색 안료)은 마개에 존재할 수 있으며, 마스터배치(masterbatch)에 포함시킴으로써 패키지 생성 공정에서 분산 및 가공될 수 있으며, 바람직하게는 사출 성형을 사용하여 마개로 가공될 수 있다. 마스터배치는 고체 펠렛일 수 있다. 마스터배치는 액체로서 전달될 수 있다. TiO2(및 선택적인 착색 안료)는 다른 형태, 예를 들어 액체 전달 형태로 또한 전달될 수 있으며, 하나의 단일 마스터배치 제형으로 전달되어야 필요는 없다.
본 발명의 일 태양에서, TiO2 입자는 금속 산화물, 바람직하게는 알루미나로 코팅된 다음, 추가적인 유기 층으로 코팅될 수 있다. 처리된 TiO2는, 중합체 용융물 전반에 균일하게 분산될 수 있고 중합체 용융물에 색상 및 불투명성을 부여하는 무기 미립자 재료이다. 본 명세서에서 추가적인 처리 또는 표면 층을 명시하지 않고 TiO2를 언급했다고 해서 그것이 그러한 층을 가질 수 없음을 의미하지는 않는다.
금속 산화물은 실리카, 알루미나, 지르코니아, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 금속 산화물은 알루미나인 것이 가장 바람직하다. TiO2 상의 유기 코팅 재료는 유기-실란, 유기-실록산, 플루오로-실란, 유기-포스포네이트, 유기-산 포스페이트, 유기-피로포스페이트, 유기-폴리포스페이트, 유기-메타포스페이트, 유기-포스피네이트, 유기-설폰산 화합물, 탄화수소계 카르복실산, 탄화수소계 카르복실산의 관련 에스테르, 탄화수소계 카르복실산의 유도체, 탄화수소계 아미드, 저분자량 탄화수소 왁스, 저분자량 폴리올레핀, 저분자량 폴리올레핀의 공중합체, 탄화수소계 폴리올, 탄화수소계 폴리올의 유도체, 알칸올아민, 알칸올아민의 유도체, 유기 분산제, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 유기 재료는 화학식: R5 xSiR6 4-x(여기서, R5는 적어도 1 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖는 비가수분해성 알킬, 사이클로알킬, 아릴, 또는 아르알킬 기이고; R6은 가수분해성 알콕시, 할로겐, 아세톡시, 또는 하이드록시 기이고; x는 1 내지 3임)를 갖는 유기-실란이다. 유기 재료는 옥틸트라이에톡시실란인 것이 가장 바람직하다. 본 발명의 추가의 태양에서, 금속 산화물은 알루미나이고 유기 재료는 옥틸트라이에톡시실란이다.
본 발명의 일 태양에서, 마개는 TiO2 입자의 농도가 0 중량% 초과 내지 약 3 중량%일 수 있다. 본 발명의 추가의 태양에서, 마개는 TiO2의 농도가 1 중량% 미만일 수 있으며, 0.5 중량% 미만일 수 있다. 용융 가공성 수지(들)는 폴리올레핀의 군으로부터 선택될 수 있다. 본 발명의 일 태양에서, 용융 가공성 수지는 바람직하게는 고밀도 폴리에틸렌이고, 마개는 두께가 8 밀 내지 50 밀, 또는 더욱 바람직하게는 10 밀 내지 35 밀일 수 있다.
TiO2 입자는 루틸(rutile) 또는 아나타제(anatase) 결정질 형태일 수 있다. 이는 통상적으로 클로라이드 공정 또는 설페이트 공정에 의해 제조된다. 클로라이드 공정에서는, TiCl4가 TiO2 입자로 산화된다. 설페이트 공정에서는, 황산 및 티타늄 함유 광석(ore)이 용해되고, 생성된 용액은 일련의 침전 단계들을 거쳐 TiO2를 산출한다. 설페이트 공정 및 클로라이드 공정 둘 모두는 문헌["The Pigment Handbook", Vol. 1, 2nd Ed., John Wiley & Sons, NY (1988)]에 더욱 상세하게 기재되어 있으며, 이의 교시는 본 명세서에서 참고로 포함된다.
TiO2 입자는, X-선 원심분리 기법에 의해, 구체적으로 브룩헤븐 인더스트리즈(Brookhaven Industries) 모델 TF-3005W X-선 원심분리 입자 크기 분석기를 이용하여 측정할 때 약 100 nm 내지 약 250 nm의 중위 직경 범위를 가질 수 있다. TiO2의 결정상은 바람직하게는 루틸이다. 표면 처리를 받은 후의 TiO2는 직경의 평균 크기 분포가 약 100 nm 내지 약 400 nm, 더욱 바람직하게는 약 100 nm 내지 약 250 nm일 수 있다. 나노입자(직경의 평균 크기 분포가 약 100 nm 미만인 것)가 또한 본 발명에 사용될 수 있으나, 상이한 광 차단 성능 특성을 제공할 수 있다.
TiO2 입자는, 오직 이산화티타늄만 함유하는 것과 같이, 실질적으로 순수할 수 있거나, 또는 실리카, 알루미나, 및/또는 지르코니아와 같은 다른 금속 산화물로 처리될 수 있다. 알루미나로 코팅/처리된 TiO2 입자가 본 발명에 바람직하다. TiO2 입자는, 예를 들어, 무기 화합물을 금속 화합물과 함께 공동-산화 또는 공동-침전시킴으로써, 금속 산화물로 처리될 수 있다. TiO2 입자가 공동-산화되거나 공동-침전되는 경우, 총 입자 중량을 기준으로 약 20 중량% 이하, 더욱 전형적으로, 0.5 내지 5 중량%, 가장 전형적으로 약 0.5 내지 약 1.5 중량%의 다른 금속 산화물이 존재할 수 있다.
처리된 이산화티타늄은, 예를 들어, (a) 발열-침착된 금속 산화물 또는 침전된 무기 산화물을 포함하는 실질적으로 캡슐화된 층을 이산화티타늄 입자의 표면 상에 갖는 상기 입자를 제공하는 단계; (b) 유기-실란, 유기-실록산, 플루오로-실란, 유기-포스포네이트, 유기-산 포스페이트, 유기-피로포스페이트, 유기-폴리포스페이트, 유기-메타포스페이트, 유기-포스피네이트, 유기-설폰산 화합물, 탄화수소계 카르복실산, 탄화수소계 카르복실산의 관련 에스테르, 탄화수소계 카르복실산의 유도체, 탄화수소계 아미드, 저분자량 탄화수소 왁스, 저분자량 폴리올레핀, 저분자량 폴리올레핀의 공중합체, 탄화수소계 폴리올, 탄화수소계 폴리올의 유도체, 알칸올아민, 알칸올아민의 유도체, 유기 분산제, 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 적어도 하나의 유기 표면 처리 재료로 입자를 처리하는 단계; 및 (c) 선택적으로, 단계 (b)를 반복하는 단계를 포함하는 공정에 의해 형성될 수 있다.
TiO2 입자를 무정형 알루미나로 처리 또는 코팅하는 방법의 예는 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제4,460,655호의 실시예 1에 교시되어 있다. 이 공정에서는, 전형적으로 (총 입자 기준) 약 0.05 중량% 내지 2 중량%의 범위의 수준으로 존재하는 플루오라이드 이온을 사용하여, 알루미나가 이산화티타늄 입자 상에 침착될 때, 전형적으로 (총 입자 기준) 약 1 중량% 내지 약 8 중량%의 범위의 수준으로 존재하는 알루미나의 결정성을 파괴한다. 예를 들어, 시트레이트, 포스페이트 또는 설페이트와 같은, 알루미나에 대해 친화성을 갖는 다른 이온이, 개별적으로 또는 조합으로, 필적할 만한 양으로 이 공정의 플루오라이드 이온을 대체할 수 있음에 유의한다. 코팅된 TiO2를 유기규소 화합물로 처리하는 경우, 플루오라이드 화합물 또는 플루오라이드 이온이 결합된, 알루미나 또는 알루미나-실리카로 코팅된 TiO2 입자를 포함하는 백색 안료의 성능 특성이 향상된다. 생성되는 조성물은 플라스틱 응용에 특히 유용하다. 본 발명의 입자를 처리 또는 코팅하는 추가의 방법은, 예를 들어, 미국 특허 제5,562,990호 및 미국 특허 출원 공개 제2005/0239921호에 개시되어 있으며, 이들의 요지는 본 명세서에 참고로 포함된다.
이산화티타늄 입자는 저분자량 폴리올, 유기실록산, 유기실란, 알킬카르복실산, 알킬설포네이트, 유기포스페이트, 유기포스포네이트 및 이들의 혼합물과 같은 유기 화합물로 처리될 수 있다. 바람직한 유기 화합물은 저분자량 폴리올, 유기실록산, 유기실란 및 유기포스포네이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되며, 유기 화합물은 총 입자 기준으로 0.2 중량% 내지 2 중량%, 0.3 중량% 내지 1 중량%, 또는 0.7 중량% 내지 1.3 중량%의 로딩량으로 존재한다. 유기 화합물은 약 0.1 내지 약 25 중량%, 또는 0.1 내지 약 10 중량%, 또는 약 0.3 내지 약 5 중량%, 또는 약 0.7 내지 약 2 중량%의 범위일 수 있다. 본 발명에 사용되는 바람직한 유기 화합물 중 하나는 폴리다이메틸 실록산이며; 본 발명에 사용되는 다른 바람직한 유기 화합물에는 카르복실산 함유 재료, 폴리알코올, 아미드, 아민, 규소 화합물, 다른 금속 산화물, 또는 이들의 둘 이상의 조합이 포함된다.
바람직한 실시 형태에서, 적어도 하나의 유기 표면 처리 재료는 화학식: R5 xSiR6 4-x(여기서, R5는 적어도 1 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖는 비가수분해성 알킬, 사이클로알킬, 아릴, 또는 아르알킬 기이고; R6은 가수분해성 알콕시, 할로겐, 아세톡시, 또는 하이드록시 기이고; x는 1 내지 3임)를 갖는 유기-실란이다. 옥틸트라이에톡시실란이 바람직한 유기-실란이다.
하기의 TiO2 안료가 본 발명에 유용한 TiO2 입자일 수 있다: 케무어스(Chemours) Ti-퓨어(Pure)™ R-101, R-104, R-105, R-108, R-350, TS-1600, 및 TS-1601. 유사한 크기 및 표면 처리를 갖는 다른 TiO2 등급이 본 발명에 또한 유용할 수 있다.
TiO2 입자 및 착색 안료가 중합체 조성물/용융물에 사용되는 경우, TiO2 입자 및 착색 안료와 함께 이용될 수 있는 용융 가공성 중합체는 고분자량 중합체, 바람직하게는 열가소성 수지를 포함한다. "고분자량"이란, ASTM 방법 D1238-98에 의해 측정할 때 용융 지수 값이 0.01 내지 50, 전형적으로 2 내지 10인 중합체를 설명하고자 하는 것이다. "용융 가공성"이란, 1차원 내지 3차원을 갖는 필름 및 물체를 포함하는 형상화된 물품으로 압출되거나 달리 전환될 수 있기 전에 중합체가 용융되어야만 (또는 용융된 상태여야만) 함을 의미한다. 또한, 용융된 상태의 중합체를 얻는 것을 포함하는 가공 단계에서 중합체가 반복적으로 조작될 수 있음을 의미한다.
적합한 중합체에는 올레핀을 포함하는 에틸렌계 불포화 단량체의 중합체, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 및 에틸렌과 더 고차 올레핀, 예를 들어 4 내지 10개의 탄소 원자를 함유하는 알파 올레핀 또는 비닐 아세테이트와의 공중합체; 비닐, 예를 들어, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 에스테르, 예를 들어 폴리비닐 아세테이트, 폴리스티렌, 아크릴 단일중합체 및 공중합체; 페놀계 물질; 알키드; 아미노 수지; 폴리아미드; 페녹시 수지, 폴리설폰; 폴리카르보네이트; 폴리에스테르 및 염소화 폴리에스테르; 폴리에테르; 아세탈 수지; 폴리이미드; 및 폴리옥시에틸렌이 예로서 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 또한, 중합체들의 혼합물이 고려된다. 또한, 본 발명에 사용하기에 적합한 중합체에는 다양한 고무 및/또는 탄성중합체, 전술된 중합체와 다양한 다이엔 단량체의 공중합, 그래프팅 또는 물리적 블렌딩을 기반으로 한 천연 또는 합성 중합체가 포함되며, 이들 모두는 당업계에 일반적으로 알려져 있다. 전형적으로, 중합체는 폴리올레핀, 폴리비닐 클로라이드, 폴리아미드 및 폴리에스테르, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 더 전형적으로 사용되는 중합체는 폴리올레핀이다. 가장 전형적으로 사용되는 중합체는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 폴리올레핀이다. 전형적인 폴리에틸렌 중합체는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 및 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이다. 추가적인 중합체에는, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, PETE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 및 폴리비닐 클로라이드(PVC, 비닐)가 포함된다.
필요하거나, 바람직하거나, 통상적인 대로, 매우 다양한 첨가제가 본 발명의 마개에 존재할 수 있다. 그러한 첨가제에는 중합체 가공 조제, 예를 들어 플루오로중합체, 플루오로탄성중합체 등, 촉매, 개시제, 산화방지제(예를 들어, 장애 페놀, 예를 들어 부틸화 하이드록시톨루엔), 발포제(blowing agent), 자외광 안정제(예를 들어, 장애 아민 광 안정제 또는 "HALS"), 착색 안료를 포함하는 유기 안료, 가소제, 블로킹 방지제(예를 들어, 점토, 활석, 탄산칼슘, 실리카, 실리콘 오일 등), 레벨링제(leveling agent), 난연제, 크레이터링 방지 첨가제(anti-cratering additive) 등이 포함된다. 추가적인 첨가제에는 가소제, 형광 증백제(optical brightener), 접착 촉진제, 안정제(예를 들어, 가수분해성 안정제, 방사선 안정제, 열 안정제 및 자외(UV) 광 안정제), 산화방지제, 자외선 흡수제, 정전기 방지제, 착색제, 염료 또는 안료, 소광제(delustrant), 충전제, 내화제(fire-retardant), 윤활제, 보강제(예를 들어, 유리 섬유 및 플레이크), 가공 조제, 슬립 방지제(anti-slip agent), 슬립제(예를 들어, 활석, 블로킹 방지제) 및 다른 첨가제가 추가로 포함된다.
당업자에게 공지된 임의의 용융 배합 기법이 본 발명의 조성물을 가공하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 마개는 마스터배치의 형성 후에 제조될 수 있다. 마스터배치라는 용어는, 고형물을 용융 가공성 수지 내로 완전히 혼입 및 분산시키기에 충분한 전단을 제공할 수 있는, 밴버리(Banbury) 혼합기, 연속 혼합기 또는 이축 혼합기와 같은 고전단 배합 기계에서 높은 고형물 대 수지 로딩량(총 마스터배치 중량을 기준으로 일반적으로 50 내지 80 중량%)으로 용융 가공될 수 있는, (집합적으로 고형물로 불리는) TiO2 입자 및 착색 안료의 혼합물을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용된다. 생성된 용융 가공성 수지 생성물은 마스터배치로 보통 알려져 있으며, 전형적으로 후속하여 플라스틱 생성 공정에서 추가적인 미가공(virgin) 용융 가공성 수지의 혼입에 의해 희석되거나 "렛다운"(letdown)된다. 렛다운 절차는, 최종 소비자 물품이 시트이든, 필름이든, 병이든, 패키지이든 또는 다른 형상이든, 최종 소비자 물품을 제조하는 데 이용되는 원하는 가공 기계에서 수행된다. 이용되는 미가공 수지의 양 및 최종 고형물 함량은 최종 소비자 물품의 사용 규격에 의해 결정된다. 본 발명의 마스터배치 조성물은 형상화된 물품의 생성에 유용하다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 이산화티타늄 및 착색 안료는 마개로 가공하기 위해 마스터배치 농축물로서 공급된다. 바람직한 마스터배치 농축물은 전형적으로 이산화티타늄 함량이 40 중량% 초과, 50 중량% 초과, 60 중량% 초과, 70 중량% 초과, 또는 80 중량% 초과이다. 바람직한 착색 농축물 마스터배치는 고체이다. 액체 착색 농축물 및/또는 액체 및 고체 착색 농축물의 조합이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 태양에서, 본 발명의 마개 내의 이산화티타늄 입자의 양은 원하는 LPF 값을 야기하는 임의의 적합한 양일 수 있다. 예를 들어, 용기 및/또는 마개 내에 함유된 이산화티타늄 입자의 양은 약 0.5 중량% 이상, 그리고 바람직하게는 약 0.1 중량% 이상일 수 있다. 본 발명의 일 태양에서, 용기 및/또는 마개 내의 이산화티타늄 입자는 약 0.5 중량% 내지 약 20 중량%일 수 있으며, 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 15 중량%, 더욱 바람직하게는 5 중량% 내지 10 중량%이다. 본 발명의 추가의 태양에서, 용기 및/또는 마개 내의 이산화티타늄 입자는 적어도 약 0.5 중량%, 0.6 중량%, 0.7 중량%, 0.8 중량%, 0.9 중량%, 1 중량%, 2 중량%, 3 중량%, 4 중량%, 5 중량%, 6 중량%, 7 중량%, 8 중량%, 9 중량%, 10 중량%, 11 중량% 내지 12 중량%일 수 있다. 본 발명의 일 태양에서, 용기 및/또는 마개 내의 이산화티타늄 입자는 0.1 중량% 내지 12 중량% 사이의 임의의 양일 수 있다(모든 중량%는 보조 광 차단 층을 고려하지 않은 마개의 총 중량을 기준으로 한다).
마개는 이산화티타늄 및 착색 안료를 함유하는 마스터배치를 제2 고분자량 용융 가공성 중합체와 용융 블렌딩하여 완성 마개를 형성하는 데 사용되는 원하는 조성물을 생성함으로써 전형적으로 생성된다. 마스터배치 조성물 및 제2 고분자량 중합체는 상기에 개시된 바와 같이 당업계에 공지된 임의의 수단을 사용하여 원하는 비로 용융 블렌딩되어 최종 마개의 원하는 조성물을 생성할 수 있다. 이러한 공정에서, 이축 압출기가 통상 사용된다. 생성된 용융 블렌딩된 중합체는, 예를 들어 사출 성형 가공에 의해, 원하는 조성물의 마개를 형성하도록 압출되거나 달리 가공된다.
마개는 상응하는 용기와 합쳐져 패키지를 형성할 수 있다. 본 패키지는 낙농 및 비-낙농 유제품, 보통 액체를 수용하는 데 유용하다. 액체는 코코넛, 대두, 소, 염소 등과 같은 단백질 공급원으로부터 취하거나 유래된 액체를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 비-낙농 우유에는, 예를 들어, 아몬드, 캐슈, 코코넛, 아마, 대두, 쌀, 헤이즐넛, 삼, 퀴노아(quinoa) 등으로부터 유래된 액체가 포함된다.
광 차단 성능 또는 LPF의 측정
LPF 값은 패키징된 제품이 광에 노출될 때 제품 내의 광 민감성 엔티티에 대해 패키징 재료가 제공할 수 있는 보호를 정량화한다. 패키징 재료에 대한 LPF 값은, 제어된 실험적 광 노출 조건에서 제품의 광 민감성 엔티티 농도의 절반이 분해되거나 달리 변형을 겪었을 때의 시간으로서 본 실험에서 정량화된다. 따라서, 고 LPF 값 패키지에 의해 보호되는 하나 이상의 광 민감성 엔티티를 포함하는 제품은, 저 LPF 값 패키지에 의해 보호되는 제품에 비해, 광 민감성 엔티티에 변화가 일어나기 전에 더 큰 용량의 광에 노출될 수 있다.
LPF 값 측정의 상세한 설명은 발명의 명칭이 "광 차단성 재료의 판정 방법"인 공동 소유의 미국 특허 제9,638,679호 및 발명의 명칭이 "광 차단성 재료의 판정 장치"인 미국 특허 제9,372,145호에 추가로 기술되어 있으며, 이들은 본 명세서에 참고로 포함된다.
실시예
공동 소유의 PCT 특허 출원 PCT/US2018/025372호, 미국 특허 출원 공개 제2018/0134875호, 미국 특허 제9,372,145호, 및 미국 특허 제9,638,679호의 교시를 적용하여, 유제품 패키지 마개를 그의 광 차단 지수("LPF") 값에 대해 평가하였다.
미국 특허 출원 공개 제2018/0134875호에 개시된 바와 같이, 패키징 재료의 광 차단 성능을 광 차단 지수("LPF") 값으로 정량화할 수 있다. 또한, 미국 특허 제9,372,145호 및 미국 특허 제9,638,679호에 개시된 바와 같이, 상이한 유형의 패키징 샘플을 고정하도록 샘플 홀더를 선택할 수 있다. PCT 특허 출원 PCT/US2018/025372호에 개시된 바와 같이, 뚜껑을 평가하기 위한 특수 샘플 홀더를 디자인하고 특성화하였다. 뚜껑 샘플 홀더를 사용하여 여기에서 수집된 데이터를 PCT 특허 출원 PCT/US2018/025372호의 실시예에 기재된 접근법을 사용하여 표준 LPF 척도(scale)로 다시 정규화하였다.
이러한 접근법에 의해, 하기 데이터를 수집하였다.
낙농 우유 응용에 사용되는 것들에 전형적인 한 세트의 동일한 백색 플라스틱 마개를 소매점에서 입수하였다. 마개는 우유 응용에 사용되는 전형적인 것들이었다.
소매점에서 입수한 백색 플라스틱 마개(샘플 A)를 PCT 특허 출원 PCT/US2018/025372호에 개시된 방법 및 뚜껑 샘플 홀더를 사용하여 LPF 성능에 대해 측정하고, 이어서 표준 LPF 척도로 다시 정규화하였다. 이 실시예에서의 모든 데이터를 표준 척도로 보고한다.
본 발명의 바람직한 광 차단 패키지 마개 디자인의 경우, 40 초과의 LPF가 바람직하다.
백색 뚜껑 마개(샘플 A)의 측정된 LPF 값 5는 필요한 광 차단 성능을 생성하기에 불충분하다.
두께가 4.0 밀이고 접착면이 일체화된, 에이버리(Avery)로부터 구매가능한 종이 라벨(#5896)을 약 37 mm의 직경으로 절단하고, 전체 상부 플레이트 위에 백색 뚜껑 샘플에 적용하여 샘플 B를 형성하였다. 샘플 B를 샘플 A와 본질적으로 동일하게 측정하였고, 24의 개선된 LPF 값에 의해 약간의 이득을 제공하는 것으로 밝혀졌는데, 이 값은 40 초과의 LPF의 원하는 광 차단 성능을 생성하기에 여전히 불충분하다.
직경이 약 37 밀인 포일 라벨(두께가 3.5 밀이고 접착면이 일체화된, 미국 플로리다주 탐파 소재의 라벨 밸류(Label Value)로부터 입수한 메탈라이즈드 실버 퍼머넌트(Metalized Silver Permanent) 라벨)을 뚜껑의 전체 상부 플레이트 부분을 덮도록 백색 뚜껑 샘플에 적용하여 샘플 C를 형성하였다. 샘플 C를 샘플 A 및 샘플 B와 본질적으로 동일하게 측정하였고, 100 초과의 개선된 LPF 값을 갖는 것으로 밝혀졌다. 이러한 데이터는 이러한 디자인이 40 초과의 LPF의 원하는 광 차단 성능을 생성하기에 충분함을 나타낸다.
뚜껑 구조체가 병 개구 위의 뚜껑 상부 플레이트 부분을 완전히 덮도록 크기 설정되고 또한 정확한 재료가 되는 라벨을 사용함으로써, 100 초과의 LPF 성능이 달성되어 원하는 광 차단 성능을 충족시킨다.
따라서, 추가적인 광 차단을 필요로 하는 뚜껑의 정확한 치수를 갖는 적절한 광 차단 라벨을 선택함으로써, 그 마개는 적절한 광 차단 성능을 갖는 것으로 입증된다.

Claims (26)

  1. 측벽(들) 부분 및 상부 플레이트를 포함하며, 상부 플레이트는 보조 광 차단(supplemental light protection) 층으로 적어도 부분적으로 덮이고, 합쳐진 상부 플레이트 및 보조 광 차단 층은 25 초과의 LPF 값을 제공하는, 마개(closure).
  2. 제1항에 있어서, LPF가 50 초과인, 마개.
  3. 제1항에 있어서, LPF가 100 초과인, 마개.
  4. 제1항에 있어서, 제거될 수 있으며 상응하는 용기에 재적용될 수 있는, 마개.
  5. 제1항에 있어서, 보조 광 차단 층은 라벨 재료를 포함하는, 마개.
  6. 제5항에 있어서, 라벨은 스티커를 포함하는, 마개.
  7. 제6항에 있어서, 스티커는 내습성인, 마개.
  8. 제6항에 있어서, 스티커는 박막을 포함하는, 마개.
  9. 제8항에 있어서, 박막은 금속 포일(foil)을 포함하는, 마개.
  10. 제1항에 있어서, 보조 광 차단 층은 마개의 상부 표면 또는 상부 플레이트의 하부 표면 중 임의의 것에 제공되는, 마개.
  11. 제6항에 있어서, 스티커는 광 반사성인 재료를 포함하는, 마개.
  12. 제6항에 있어서, 스티커는 적어도 2가지의 상이한 색상을 포함하는, 마개.
  13. 제1항에 있어서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는, 마개.
  14. 제1항에 있어서, 착색 안료를 포함하는, 마개.
  15. 제1항에 있어서, 백색 안료를 포함하는, 마개.
  16. 제1항에 있어서, 첨가제를 포함하는, 마개.
  17. 제1항에 있어서, 용기와 합쳐져 패키지를 형성하는, 마개.
  18. 제17항에 있어서, 용기와 마개는 실질적으로 동일한 LPF 값을 갖는, 마개.
  19. 제18항에 있어서, 용기는 LPF가 25 초과인, 마개.
  20. 제18항에 있어서, 용기는 LPF가 50 초과인, 마개.
  21. 제18항에 있어서, 용기는 LPF가 75 초과인, 마개.
  22. 제18항에 있어서, 용기는 LPF가 100 초과인, 마개.
  23. 제17항에 있어서, 패키지는 유제품(dairy product)을 수용하는, 마개.
  24. 제1항에 있어서, 보조 광 차단 층은 필름 재료를 포함하는, 마개.
  25. 제1항에 있어서, 보조 광 차단 층은 인쇄된 잉크 층을 포함하는, 마개.
  26. 제1항에 있어서, 보조 광 차단 층은 마개가 상응하는 용기로부터 제거될 때 마개와 접촉한 상태로 유지되는, 마개.
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