KR20210022564A - 코팅 구조물, 시트형 제품 및 이의 용도 - Google Patents

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타르야 투르키
사미 푸토넨
헬레나 페우라넨
마리 오야넨
에를란드 헤르만손
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케미라 오와이제이
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Abstract

본 발명은 셀룰로스 섬유를 포함하는 시트형 기재(substrate)를 위한 코팅 구조물, 및 시트형 제품에 관한 것이다. 상기 구조물은 적어도 하나의 프리-코트층 및 탑코트층을 포함하며, 여기서, 프리-코트층(들) 및 탑코트층은 10 - 90 중량%의 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체를 포함하며, 상기 공중합체는 안정화제의 존재 하에 중합되고 Tg ≤ 20℃, 바람직하게는 ≤ 15℃, 더욱 바람직하게는 ≤ 13℃의 유리 전이 온도를 갖는다. 더욱이, 프리-코트층(들)은 다당류, 예컨대 전분을 포함하고, 탑코트층은 5 - 60 중량%의 적어도 하나의 수용성 코팅 결합제를 포함하며, 상기 수용성 코팅 결합제는 다당류 및 폴리비닐 알코올로부터 선택되고, 뿐만 아니라, 탑코트층은 최대 5.0 중량%의 가교제를 포함하며, 상기 가교제는 -OH 또는 -COOH 기와 반응한다.

Description

코팅 구조물, 시트형 제품 및 이의 용도
본 발명은 동봉된 독립항의 전문에 따라 배리어 코팅 구조물((barrier coating structure), 시트형 제품 및 상기 제품의 용도에 관한 것이다.
다양한 코팅은 종이 또는 판지의 특성을 개선하기 위해 이들의 표면 상에 적용될 수 있다. 그리스(grease) 배리어 및 수증기 배리어 특성은 특히, 포장 목적의 제품에 사용되는 종이 및 판지에 중요하다. 종이 또는 판지의 표면 상에 적용되는 코팅은 포장재 내부의 제품으로부터의 누출에 대한 효과적인 배리어을 제공하며 및/또는 포장된 제품을 오염 및/또는 주변 분위기와의 접촉으로부터 보호해야 한다. 식품 및 소비재 액체에 사용되는 포장재 재료의 경우, 배리어 요건이 특히 엄격하다.
포장재 목적의 코팅은 또한, 주름 및 접힘에 대해 양호한 저항성을 가져야 한다. 코팅은 종이 또는 판지가 박스로 접히거나 제품 주변으로 말릴 때 균열되지 않아야 한다. 균열은 코팅의 배리어 특성을 저하시키거나 심지어 완전히 파괴할 수 있다.
더욱이, 종이 및 판지 코팅은 제품 제조 및 컨버팅(converting) 공정 동안의 블라킹(blocking)에 저항성이어야 한다. 코팅층이 고압 및 고온 하에 연화되면(soften), 상기 코팅층은 리와인딩(rewinding) 후에 릴(reel) 상의 다음층에 접착되고 냉각 시 전체 릴을 차단할 수 있다. 컨버팅 공정 동안, 코팅은 상기 공정에서 부드럽게 진행되기 위해 적합한 마찰 특성을 가져야 한다. 코팅은 또한, 적절한 접착성을 가져야 하며, 이러한 접착성은 고속 포장 라인(packing line)에 사용되기 위해 코팅 표면으로의 접착제의 코팅에 의해 생성되는 결합의 속도 및 강도를 결정한다.
통상, 불소화학물질은 요망되는 배리어 특성에 내균열성을 제공하기 위해 코팅 조성물에 사용되어 왔다. 환경적인 이유에서, 불소화학물질에 대한 효과적인 대체제를 찾는 것이 바람직할 것이다.
전분은 흔히 표면 사이징(sizing)과 같이 다양한 표면 코팅에 사용된다. 전분은 예를 들어 수분에 대해 코팅 배리어 특성을 제공할 수 있으며, 쉽게 입수 가능하고 사용이 저렴하다. 그러나, 전분 함유 코팅은 균열에 취약하고, 이러한 단점은 보다 까다로운 적용에서 전분의 사용을 제한하였다.
포장재에 사용되는 코팅은 또한, 재생력 요건을 충족시켜야 한다. 종이 및 판지 포장재는 이상적으로는, 재활용, 즉, 리펄핑(repulping)을 위해 수집된다. 그러므로, 이들 제품에 적용되는 코팅은 재활용 요건을 만족시켜야 하고, 예를 들어, 리펄핑 공정을 방해하지 않아야 한다. 종이 또는 판지의 표면 상에 적층되는 전통적인 플라스틱 필름은 본질적으로 쉽게 리펄핑 가능하지 않다. 그러므로, 적층된 종이 및 판지 제품은 종종 에너지 폐기물로서 끝나며, 이는 자원의 측면에서 비경제적이다.
본 발명의 목적은 선행 기술에 존재하는 단점을 최소화하거나 또는 가능하게는 심지어 해소하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 양호한 그리스 및 수증기 배리어 특성을 제공하는 배리어 코팅 조성물 및 시트형 제품을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 주름지는 경우 및/또는 접히는 경우 균열을 견디는 코팅을 생성하는 데 사용될 수 있는 배리어 코팅 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 높은 코팅 속도에서 코팅에 적합하고 양호한 전개성(runnability)을 갖는 배리어 코팅 조성물을 제공하는 것이다.
이들 목적은 독립항의 특징부에서 하기 제시된 특징을 갖는 본 발명으로 달성된다. 본 발명의 일부 바람직한 구현예는 종속항에 제시된다.
본 문헌에서 언급된 구현예는 적용 가능한 경우, 본 발명의 모든 양태가 이것이 항상 별도로 언급되지 않더라도 이들 모든 양태에 관한 것이다.
셀룰로스 섬유를 포함하는 시트형 기재를 위한 본 발명에 따른 전형적인 코팅 구조물은 적어도 하나의 프리-코트층 및 탑코트층을 포함하며, 여기서,
- 상기 프리-코트층(들) 및 상기 탑코트층은 10 - 90 중량%의 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체를 포함하며, 상기 공중합체는 안정화제의 존재 하에 중합되고 Tg ≤ 20℃, 바람직하게는 ≤ 15℃, 더욱 바람직하게는 ≤ 13℃의 유리 전이 온도를 가지며,
- 상기 프리-코트층(들)은 다당류, 예컨대 전분을 포함하고,
- 상기 탑코트층은
- 5 - 60 중량%의 적어도 하나의 수용성 코팅 결합제를 포함하며, 상기 수용성 코팅 결합제는 다당류 및 폴리비닐 알코올로부터 선택되고, 뿐만 아니라, 상기 탑코트층은
- 최대 5.0 중량%의 가교제를 포함하며, 상기 가교제는 -OH 또는 -COOH 기와 반응한다.
본 발명에 따른 전형적인 시트형 제품은
- 셀룰로스 섬유를 포함하고, 제1의 그리고 제2의 평행한 큰 표면을 갖는 기재, 및
- 상기 기재의 적어도 하나의 큰 표면 상에 적용되는 본 발명에 따른 코팅 구조물
을 포함한다.
현재, 놀랍게도, 스티렌 (메트)아크릴레이트의 공중합체를 포함하는 잘-한정된(well-defined) 프리-코트층 및 탑-코트층이, 심지어 상기 층 중 하나 또는 둘 다 전분과 같은 다당류를 함유하고 있는 경우에도, 양호한 내균열성을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 전분과 같은 다당류의 사용은, 구조물 내의 합성 중합체의 사용이 줄어들 수 있기 때문에, 코팅 구조물을 더욱 경제적이고 환경적으로 유순(benign)하게 만든다. 코팅 구조물로 코팅된 기재는 포장재의 제조 동안 균열 없이 접혀질 수 있고, 상기 기재는 또한, 그리스 및/또는 수분에 대해 양호한 배리어를 제공한다.
본 맥락에서, 코팅층 및 코팅 조성물 내의 다양한 구성요소에 대해 주어진 모든 중량% 값은 코팅층 또는 코팅 조성물의 총 건조 고형분 함량으로부터 계산된다.
본 발명에 따른 코팅 구조물은 적어도 하나의 프리-코트층 및 탑코트층을 포함한다. 상기 프리-코트층은 셀룰로스 섬유 및/또는 리그노셀룰로스 섬유를 포함하는 시트형 기재의 표면 상에 적용된다. 일부 구현예에서, 시트형 구조물의 표면은 프리-코트층의 적용 전에 예를 들어, 소수성 표면 사이즈로 표면-사이징될 수 있으나, 바람직하게는 프리-코트층은 임의의 기존의 처리층이 없는 시트형 기재의 표면 상에 직접 적용된다. 상기 기재는 내부 사이즈를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 코팅 구조물은 2개 이상의 프리-코트층 및 하나 이상의 탑-코트층(들)을 포함할 수 있으며, 이는 최외곽 프리-코트층 상에 적용된다. 바람직하게는, 코팅 구조물은 2개 이상의 프리-코트층 및 하나의 탑-코트층을 포함할 수 있으며, 이는 최외곽 프리-코트층 상에 적용된다. 개별적인 프리-코트층은 서로 상이할 수 있거나 서로 동일할 수 있다. 복수의 프리-코트층 및/또는 코트층을 사용함으로써, 코팅 구조물의 배리어 특성을, 상이한 층을 사용함으로써 및/또는 더 가벼운 개별 층을 사용함으로써 조정하는 것이 가능하다. 일 구현예에 따르면, 코팅 구조물은 하나의 프리-코트층 및 하나의 탑-코트층을 포함한다.
프리-코트층(들) 및 탑코트층(들)은 안정화제의 존재 하에 중합되고 Tg ≤ 20℃, 바람직하게는 ≤ 15℃, 더욱 바람직하게는 ≤ 13℃, 이따금 심지어 ≤ 10℃의 유리 전이 온도를 갖는 10 - 90 중량%의 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체를 포함한다. 이는, 각각의 프리-코트층 및/또는 각각의 탑코트층이 10 - 90 중량%의 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체를 포함할 수 있음을 의미한다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 프리-코트층(들)은 20 - 80 중량%, 바람직하게는 30 - 70 중량%, 더욱 바람직하게는 40 - 60 중량%의 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체를 포함할 수 있다. 또한, 각각의 프리-코트층이 10 - 70 중량%, 바람직하게는 15 - 50 중량%, 더욱 바람직하게는 40 - 60 중량%의 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체를 포함할 수 있는 것이 가능하다. 탑코트층(들)은 35 - 90 중량%, 바람직하게는 35 - 70 중량%, 더욱 바람직하게는 40 - 60 중량%의 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체를 포함할 수 있다. 상기 양은 또한, 각각의 개별 층 내의 공중합체의 양을 의미한다. 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 스티렌 아크릴레이트 공중합체의 양은 프리-코트층(들)에서보다 탑코트층(들)에서 더 높다.
본 발명에 사용하기에 적합한 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체는 안정화제의 존재 하에 적어도 단량체 (a), 단량체 (b) 및 선택적인 단량체 (c)의 유리 라디칼 에멀젼 공중합에 의해 수득될 수 있으며, 여기서, 단량체 (a)는 적어도 하나의 선택적으로 치환된 스티렌이고 단량체 (b)는 적어도 하나의 C1-C4-알킬 (메트)아크릴레이트이다. 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체는 중량 평균 분자량 MW < 100,000 g/mol, 바람직하게는 < 75,000 g/mol을 가질 수 있다. 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체는 5,000 - 95,000 g/mol, 바람직하게는 10,000 - 70,000 g/mol 범위의 중량 평균 분자량 MW를 가질 수 있다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체의 단량체 (a)는 스티렌, 치환된 스티렌, 예컨대 α-메틸스티렌, 비닐톨루엔, 에틸비닐톨루엔, 클로로메틸스티렌 및 이들의 임의의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된다. 단량체 (a)의 양은 상기 단량체 (a), (b) 및 선택적인 (c)의 총 건조 고형분 함량으로부터 계산 시, 0.1 - 75 중량%, 바람직하게는 5 - 60 중량%, 더욱 바람직하게는 10 - 55 중량%일 수 있다.
스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체의 적합한 단량체 (b)는 C1-C4-알킬 아크릴레이트; C1-C4-알킬 메타크릴레이트; 또는 이들의 혼합물, 예를 들어 n-부틸, 이소-부틸, tert-부틸 또는 2-부틸 아크릴레이트 및 상응하는 부틸 메타크릴레이트; 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 아크릴레이트 또는 프로필 메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 본 발명의 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 단량체 (b)는 부틸 (메트)아크릴레이트로부터 선택된다. 단량체 (b)는 예를 들어, 적어도 2개의 이성질체성 부틸 아크릴레이트의 혼합물을 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 단량체 구성요소 (b)는 n-부틸 아크릴레이트, tert-부틸 아크릴레이트, 또는 n-부틸 아크릴레이트와 tert-부틸 아크릴레이트의 혼합물이다. 단량체 (b)의 양은 상기 단량체 (a), (b) 및 선택적인 (c)의 총 건조 고형분 함량으로부터 계산 시, 25 - 99.9 중량%, 바람직하게는 30 - 95 중량%, 더욱 바람직하게는 35 - 90 중량%일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체는 또한, 적어도 하나의 선택적인 단량체 (c)로부터 기원하며, 상기 단량체 (c)는 에틸렌적으로 불포화되고 단량체 (a) 및 (b)와 상이하다. 바람직하게는, 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체는, 바람직하게는 상기 기재된 단량체 (a) 및 (b)를 단량체 (c)와 중합함으로써 수득되는, 카르복실화된 공중합체이며, 상기 단량체 (c)는 카르복실산, 예컨대 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 말레산 또는 스티렌 설폰산으로부터 선택된다. 아크릴산 및 스티렌 설폰산은 선택적인 단량체 (c)로서 바람직하다. 선택적인 단량체 (c)의 양은 상기 단량체 (a), (b) 및 (c)의 총 건조 고형분 함량으로부터 계산 시, 0.1 - 15 중량%, 바람직하게는 0.1 - 10 중량%, 더욱 바람직하게는 1 - 5 중량%일 수 있다. 더욱 바람직하게는 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체는, 바람직하게는 1 - 5 중량%의 카르복실산을 포함하는 단량체 혼합물을 중합함으로써 수득되는, 카르복실화된 공중합체이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체는 안정화제의 존재 하에 중합되며, 이는 다당류 또는 폴리비닐 알코올로부터 선택된다. 다당류는 전분일 수 있거나, 다당류는 유리 하이드록실기를 함유하는 임의의 다당류, 예컨대 아밀로스, 아밀로펙틴, 카라기인(carrageen), 셀룰로스, 키토산, 키틴, 덱스트란, 구아 검(구아란)) 및 다른 갈락토만난, 아라빅 검, 헤미셀룰로스 구성요소, 및 풀룰란으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는 안정화제는 전분, 더욱 더욱 바람직하게는 분해된 전분이다. 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 안정화제는 500 내지 10,000 Da의 평균 분자량 Mn을 갖는 분해된 전분이다. 분해된 전분은, 전분을 산화 분해, 열 분해, 산성 분해, 가수분해 또는 효소적 분해를 받게 함으로써 수득될 수 있다. 산화 분해가 현재 바람직하다. 하이드로클로라이트, 퍼옥소디설페이트, 하이드로겐 퍼옥사이드 또는 이들의 혼합물이 산화제로서 사용될 수 있다. 본 발명에 사용되기에 적합한 분해된 전분은 임의의 적합한 분해된 천연 전분, 예컨대 감자, 쌀, 옥수수, 찰옥수수, 밀, 보리 또는 타피오카 전분일 수 있다. > 80 %, 바람직하게는 >95 %의 아밀로펙틴 함량을 갖는 전분이 유리하다.
스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체의 중합은 상기 기재된 단량체를 개별적으로 또는 혼합물로서, 그리고 중합을 개시하는 데 적합한 유리 라디칼 개시제(들)를 수성 안정화제 용액에 첨가함으로써 수행될 수 있다. 중합 공정은 전형적으로, 산소의 부재 하에, 바람직하게는 불활성 가스 분위기 하에, 예를 들어 질소 하에 수행된다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 반응 혼합물 내 단량체의 총량은, 상기 반응 혼합물의 총 건조 고형분 함량으로부터 계산 시, 10 - 92 중량%, 바람직하게는 20 - 90 중량%, 더욱 바람직하게는 35 - 88 중량%이다. 단량체의 양은 본원에서, 중합 공정 동안 반응 혼합물에 첨가되는 단량체 (a), (b) 및 선택적인 (c)의 총량을 지칭한다.
스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체는 -40℃ 내지 20℃, 바람직하게는 -30℃ 내지 15℃, 더욱 바람직하게는 -20℃ 내지 13℃, 더욱 더 바람직하게는 -10℃ 내지 13℃, 이따금 더욱 더 바람직하게는 0℃ 내지 13℃, 또는 이따금 -10℃ 내지 10℃ 범위의 유리 전이 온도를 가질 수 있다. 이들 유리 전이 온도 범위는, 필요한 배리어 특성을 나타내지만 기재가 포장재 내로 구겨지거나 접히는 경우 균열을 견디기에 충분히 부드러운 공중합체를 제공한다.
본 발명의 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 프리-코트층(들)에 사용되는 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체 및 탑코트층(들)에 사용되는 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체는 서로 동일하다.
스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체 외에도, 프리-코트층(들)은 다당류, 예컨대 전분을 포함한다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 프리-코트층(들)은 10 - 90 중량%, 바람직하게는 20 - 80 중량%, 더욱 바람직하게는 30 - 70 중량%, 더욱 더 바람직하게는 40 - 60 중량%의 다당류를 포함할 수 있다. 각각의 프리-코트층이 30 - 90 중량%, 바람직하게는 50 - 85 중량%, 더욱 바람직하게는 40 - 60 중량%의 다당류를 포함하는 것이 가능하다. 그 양은, 각각의 개별 프리-코트층 내의 다당류의 양을 나타낸다. 다당류는 전분, 카라기인, 키토산, 키틴, 덱스트린, 구아 검(구아란) 및 다른 갈락토만난, 아라빅 검으로부터 선택될 수 있다. 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 프리-코트층 내의 다당류는 전분, 바람직하게는 분해된 전분, 더욱 바람직하게는 분해된 비-이온성 또는 음이온성 전분, 더욱 바람직하게는 분해된 음이온성 전분이다. 일 구현예에 따르면, 음이온성 전분은 10% 고형분 및 60℃에서 Brookfield 100로 측정 시, 100 mPas 미만의 점도를 가진다.
탑코트층(들)은 ≤ 30 중량%, 바람직하게는 < 27 중량%, 더욱 바람직하게는 < 25 중량%, 이따금 심지어 < 20 중량%의 무기 미네랄 안료를 포함할 수 있다. 무기 미네랄 안료의 양은 예를 들어, 0.1 - 30 중량%, 바람직하게는 0.1 - 27 중량%, 바람직하게는 0.1 - 25 중량% 범위일 수 있다. 그 양은, 각각의 개별 층 내의 무기 미네랄 안료의 양을 나타낸다. 무기 미네랄 안료는 카올린, 활석, 칼슘 카르보네이트 또는 이들의 임의의 혼합물, 바람직하게는 칼슘 카르보네이트, 예컨대 분쇄 칼슘 카르보네이트 또는 침강 칼슘 카르보네이트로부터 선택될 수 있다. 무기 미네랄 안료의 첨가는, 경제적인 이익, 예컨대 감소된 양의 중합체 구성요소를 제공하는 한편, 수득되는 배리어 특성을 개선할 수 있다. 대안적으로, 탑코트층은 무기 미네랄 안료가 없을 수 있다.
프리-코트층은 무기 미네랄 안료가 없을 수 있다.
코팅 구조물의 탑코트층은 다당류 및 폴리비닐 알코올로부터 선택되는 적어도 하나의 수용성 코팅 결합제를 추가로 포함할 수 있다. 탑코트층 내의 수용성 코팅 결합제의 양은 5 - 60 중량%, 바람직하게는 10- 60 중량%, 이따금 15 - 55 중량%일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 탑코트층은, 바람직하게는 ≤ 50,000 g/mol, 바람직하게는 13,000 - 50,000 g/mol의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리비닐 알코올인 수용성 코팅 결합제를 포함할 수 있다. 바람직하게는 폴리비닐 알코올은 적어도 부분적으로 가수분해될 수 있으며, 바람직하게는 가수분해도(hydrolysis degree)는 적어도 30%, 더욱 바람직하게는 85 - 98%이다. 수용성 중합체로서 폴리비닐 알코올은 필름 형성을 개선하므로, 수증기 배리어 특성과 미네랄 오일 배리어 특성을 둘 다 개선한다. 이는 또한, 블라킹 경향을 감소시킨다.
또 다른 구현예에 따르면, 탑코트층 내의 수용성 코팅 결합제는 다당류일 수 있다. 적합한 다당류의 예는 전분, 전분, 카라기인, 키토산, 키틴, 덱스트린, 구아 검(구아란) 및 다른 갈락토만난, 아라빅 검이다. 수용성 코팅 결합제는 바람직하게는 분해된 전분 또는 덱스트린이다. 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 코팅 결합제는 음이온성 또는 비-이온성 전분, 바람직하게는 분해된 음이온성 전분인 다당류이다.
코팅 구조물의 탑코트층은 최대 5.0 중량%, 바람직하게는 최대 3.0 중량%의 가교제를 추가로 포함하며, 이러한 가교제는 -OH 또는 -COOH 기와 반응한다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 탑코트층은 0.1 - 5 중량%, 바람직하게는 0.1 - 4 중량%, 더욱 바람직하게는 0.5 - 3 중량% 양의 가교제를 포함할 수 있다. 가교제는 바람직하게는 암모늄 지르코늄 카르보네이트, 포타슘 지르코늄 카르보네이트, 글리옥살 또는 시트르산으로부터 선택된다. 가교제는 예를 들어, 물과 반응하는 데 이용 가능한 말단 기의 수를 감소시킴으로써 탑코트층을 물에 덜 민감하게 만든다. 가교제는 또한, 최종 제조된 코팅 구조물의 리펄핑 특성을 개선할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 코팅 구조물은 탑코트층 상에 적용되는 폴리에틸렌 필름을 포함할 수 있다. 폴리에틸렌 필름은, 특히 코팅 구조물이 액체 포장용 기재 상에 적용되는 경우, 개선된 배리어 특성을 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 코팅 구조물은 적층된 중합체 필름의 임의의 층이 없다. 이는 코팅 구조물의 리펄핑성을 개선한다.
코팅 구조물은 프리-코트층(들)과 탑코트층의 다양한 조합으로 다양한 코팅의 제조를 가능하게 한다. 프리-코트층 및 탑코트층 내의 코트 중량은 요망되는 최종 용도에 따라 자유롭게 선택될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 각각의 프리-코트층은 0.5 - 6 g/m2, 바람직하게는 1 - 5 g/m2, 더욱 바람직하게는 1 - 4 g/m2의 코트 중량을 가질 수 있고, 탑코트층은 1 - 10 g/m2, 바람직하게는 2 - 8 g/m2, 더욱 바람직하게는 2 - 7 g/m2의 코트 중량을 가질 수 있다.
배리어 코팅 조성물로 코팅되는 기재는 바람직하게는, 셀룰로스 및/또는 리그노셀룰로스 섬유를 포함하는 기재이다. 셀룰로스 및/또는 리그노셀룰로스 섬유는 화학적, 기계적, 화학-기계적 펄핑 공정을 포함한 임의의 종래의 펄핑 공정에 의해 수득되었을 수 있다. 섬유는 또한, 재활용된 섬유일 수 있다. 기재는 제1의 그리고 제2의 평행한 큰 표면을 갖고, 상기 기재는 통상 섬유성 웹(web)의 형태이다. 기재는 25 - 800 g/m2, 바람직하게는 30 - 700 g/m2, 더욱 바람직하게는 40 - 500 g/m2의 평량(grammage)을 가질 수 있다.
코팅 구조물의 층은 임의의 종래의 코팅 기법, 예컨대 로드(rod) 코팅, 블레이드 코팅, 스프레이 코팅 또는 커튼 코팅을 사용하여 기재의 적어도 하나의 큰 표면 상에 적용될 수 있다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 수득된 코팅된 제품은 적어도 8, 바람직하게는 10, 더욱 바람직하게는 12의 TAPPI 559 KIT 시험값을 가진다. KIT 시험값은 오일 및 그리스에 대한 코팅의 반발성을 측정하고, 이러한 측정은 표준 TAPPI 방법 T-559 pm-96에 따라 수행된다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 수득된 코팅된 제품은 < 100 g/m2/d의 미네랄 오일 배리어 HVTR 값을 가진다. 사용되는 헥산 증기 투과율(HVRT: Hexane Vapour Transmission Rate) 값은 BASF에 의해 개발된 컵 테스트 방법을 사용하여 수득된다. 시험에서, 헥산은 배리어 샘플에 의해 커버된 측정 컵에 배치되고, 기지의 영역을 통한 헥산의 증발이 측정된다. 시험 방법은 당업자에게 보편적으로 알려져 있다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 수득된 코팅된 제품은 23℃ 및 50% 상대 습도에서 < 100 g/m2/d의 WVTR 값의 수증기 배리어를 가진다. WVTR 값은 ASTM F-1249, ISO 15105-2, ISO 15106-3, DIN 53122-2의 표준 방법을 사용하여 측정될 수 있다.
시트형 제품은 외식산업 포장재의 제조 또는 액체 포장재에 사용될 수 있다. 외식산업 포장재의 전형적인 예는 패스트 푸드, 즉석 요리, 샌드위치, 베이커리 제품, 예컨대 쿠키, 도넛 등을 위한 포장재이다.
실험예
본 발명의 일부 구현예는 하기 비제한적인 실시예에 기재되어 있다.
방법 및 재료
K 제어 코터 드로우 다운 코터 및 상이한 와운드 로드를 사용하여 코팅 시험을 수행하였다. 코팅된 샘플 및 비코팅된 베이스 종이를 칭량함으로써 코트 중량을 결정하고, 중량 차이에 의해 코트 중량을 수득하였다. Cyklos CPM 450 유닛을 사용하여 구김 시험을 수행하였다. 구김 및 접힘을 기계 방향 및 가로(cross) 방향에서 수행하였다. 에탄올에 용해된 메틸 레드를 사용하여, 구겨진 샘플에 대해 염색 시험을 수행하였다. 접힘의 경우, 코브(Cobb) 롤러를 사용하여, 균일한 접힘 압력을 제공하였다.
Cobb300 시험을 사용하여 내수성을 시험하였다. Systech Permeation Analyzers M7002 기구를 사용하여 수증기 배리어 특성을 측정하였다. 컵 방법을 사용하여 헥산 증기 투과율을 결정하였다. 20 그램의 헥산을 금속 컵에 배치하였다. 배리어 샘플을 2개의 개스킷(gasket) 사이의 컵의 상단(top)에 배치하고, 코팅된 면을 아래로 하였다. 금속 프레임을 사용하여, 샘플을 컵에 고정시켰다. 중량 손실을 24시간 동안 기록하였다. KIT 시험을 사용하여 그리스 배리어 특성을 시험하였다.
모든 실시예에서, 사용된 스티렌 아크릴레이트 공중합체는 10℃의 유리 전이 온도를 가졌고, 기재는 295 g/m2의 평량(basis weight)을 갖는 버진 섬유 카툰보드(cartonboard)였다.
실시예 1
사용된 프리-코트 및 탑코트 제형은 표 1 및 2에 주어져 있다. 스티렌 아크릴레이트 공중합체는 높은 카르복실화도를 갖는다. 프리-코트 제형에 적용된 코트 중량은 2.0 g/m2였다.
표 1 실시예 1에서 프리-코트에 시험된 코팅 제형.
P2
(%)
코팅 색상 전분 80
스티렌 아크릴레이트 공중합체, Tg = 10℃, 높은 카르복실화 20
전분을 10% 고형분에서 조리하였다.
표 2 실시예 1에서 탑코트에 시험된 코팅 제형.
　 T3 (%)
스티렌 아크릴레이트 공중합체, Tg = 10℃, 높은 카르복실화 47.5
완전히 가수분해된 폴리비닐 알코올, Mw 47000 g/mol 50
포타슘 지르코늄 카르보네이트 2.5
표 3 실시예 1에서 코팅 제형에 대한 시험 결과.
시험된 코팅
(프리-코트/탑코트)		 총 코트 중량 (g/m2) KIT WVTR
(g/m2*d)
P2+T3 6.9 8 61
P2+T3 9.1 9 54
표 3의 결과로부터, 구겨진 코팅 구조물이 양호한 배리어 특성을 제공하였음을 알 수 있다.
실시예 2
사용된 프리-코트 및 탑코트 제형은 표 4 및 5에 주어져 있다. 스티렌 아크릴레이트 공중합체는 낮은 카르복실화도를 갖는다. 프리-코트 제형 P3c에 적용된 코트 중량은 2.4 g/m2였다.
표 4 실시예 2에서 프리-코트에 시험된 코팅 제형.
　 P3c
(%)		 Pre 4
코팅 색상 전분 60 40
스티렌 아크릴레이트 공중합체, Tg = 10℃, 낮은 카르복실화 40 60
표 5 실시예 2에서 탑코트에 시험된 코팅 제형.
　 T3c
(%)		 T4b
(%)		 T5
(%)		 T6
(%)		 T7
(%)
스티렌 아크릴레이트 공중합체, Tg = 10℃, 낮은 카르복실화 47.5 47.5 47.5 47.5 47.5
완전히 가수분해된 폴리비닐 알코올, Mw 47000 g/mol 50 30
부분적으로 가수분해된 폴리비닐 알코올,
Mw 47000 g/mol		 30 20 30
코팅 색상 전분 20 10
포타슘 지르코늄 카르보네이트 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
거칠게 분쇄된 칼슘 카르보네이트 20 20 20
표 6 실시예 2에서 코팅 제형에 대한 시험 결과.
시험된 코팅
(프리-코트+탑코트)		 총 코트 중량
(g/m2)		 KIT Cobb300
(g/m 2 ) 		WVTR
(g/m2*d)		 HVTR
(g/m2*d)
P3c + T3c 8.0 10 - 61.2 25
P3c + T4b 10.3 10 57 - -
P3c + T7 8.6 11 - - 16
P4 + P4 10.0 12 - - 78
P4 + T5 7.1 12 - - 45
P4 + T6 8.7 11 - - 16
표 6으로부터, 개선된 KIT 값뿐만 아니라 양호한 헥산 증기 및 수증기 결과가 수득된 것으로 보인다.
본 발명이 현재 가장 실용적이고 바람직한 구현예인 것으로 보이는 것을 참조하여 설명되긴 하였지만, 본 발명은 상기 설명된 구현예에 제한되지 않아야 하며, 그보다는 본 발명은 첨부된 청구항의 범위 내에서 상이한 변형 및 동등한 기술적 해결방안을 또한 망라하고자 하는 것으로 이해된다.

Claims (21)

  1. 셀룰로스 섬유를 포함하는 시트형 기재(substrate)를 위한 코팅 구조물(coating structure)로서,
    상기 구조물은 적어도 하나의 프리-코트층 및 탑코트층을 포함하며, 여기서,
    - 상기 프리-코트층(들) 및 상기 탑코트층은 10 내지 90 중량%의 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체를 포함하며, 상기 공중합체는 안정화제의 존재 하에 중합되고 20℃ 이하, 바람직하게는 15℃ 이하, 더욱 바람직하게는 13℃ 이하의 유리 전이 온도 Tg를 가지며,
    - 상기 프리-코트층(들)은 다당류, 예컨대 전분을 포함하고,
    - 상기 탑코트층은
    - 5 내지 60 중량%의, 다당류 및 폴리비닐 알코올로부터 선택되는 적어도 하나의 수용성 코팅 결합제, 및
    - 최대 5.0 중량%의, -OH 또는 -COOH 기와 반응하는 가교제
    를 포함하는, 코팅 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프리-코트층(들)은 10 내지 70 중량%, 바람직하게는 15 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 40 내지 60 중량%의 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체, 및 30 내지 90 중량%, 바람직하게는 50 내지 85 중량%, 더욱 바람직하게는 40 내지 60 중량%의 다당류를 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 탑코트층은 30 중량% 이하의 무기 미네랄 안료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 무기 미네랄 안료는 카올린, 활석, 칼슘 카르보네이트 또는 이들의 혼합물로부터 선택되고, 바람직하게는 칼슘 카르보네이트인 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체는 -40℃ 내지 20℃, 바람직하게는 -30℃ 내지 15℃, 더욱 바람직하게는 -20℃ 내지 13℃, 더욱 더 바람직하게는 0℃ 내지 13℃ 범위의 유리 전이 온도를 갖는 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체는 안정화제의 존재 하에 중합되고, 상기 안정화제는 전분 또는 폴리비닐 알코올로부터 선택되며, 바람직하게는 전분인 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체는 100,000 g/mol 미만, 바람직하게는 75,000 g/mol 미만의 중량 평균 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체는, 바람직하게는 1 내지 5 중량%의 카르복실산을 포함하는 단량체 혼합물을 중합함으로써 수득되는, 카르복실화된 공중합체인 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탑코트층은 0.1 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 4 중량%, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 3 중량% 양의 가교제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탑코트층 내의 가교제는 암모늄 지르코늄 카르보네이트, 포타슘 지르코늄 카르보네이트, 글리옥살 또는 시트르산으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탑코트층 내의 코팅 결합제는 폴리비닐 알코올이고, 바람직하게는 50,000 g/mol 이하, 바람직하게는 13,000 내지 50,000 g/mol의 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탑코트층 내의 코팅 결합제는 전분, 바람직하게는 분해된 전분인 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리-코트층 상의 다당류는 음이온성 전분 또는 비-이온성 전분, 바람직하게는 분해된 음이온성 전분인 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리-코트층(들) 및 상기 탑코트층 내의 스티렌 (메트)아크릴레이트 공중합체는 서로 동일한 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조물은 2개 이상의 프리-코트층 및 하나의 탑-코트층을 포함하고, 상기 탑-코트층은 최외곽 프리-코트층 상에 적용되는 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 프리-코트층은 0.5 내지 6 g/m2, 바람직하게는 1 내지 5 g/m2, 더욱 바람직하게는 1 내지 4 g/m2의 코트 중량을 갖고,
    상기 탑코트층은 1 내지 10 g/m2, 바람직하게는 2 내지 8 g/m2, 더욱 바람직하게는 2 내지 7 g/m2의 코트 중량을 갖는 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스티렌 아크릴레이트 공중합체의 양은 상기 프리-코트층(들)보다 상기 탑코트층에서 더 높은 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  18. 시트형 제품으로서,
    - 셀룰로스 섬유를 포함하고, 제1의 그리고 제2의 평행한 큰 표면을 갖는 기재, 및
    - 상기 기재의 적어도 하나의 큰 표면 상에 적용된 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 코팅 구조물
    을 포함하는, 시트형 제품.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 기재는 25 내지 800 g/m2, 바람직하게는 30 내지 700 g/m2, 더욱 바람직하게는 40 내지 500 g/m2의 평량(grammage)을 갖는 것을 특징으로 하는, 제품.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 제품은 적어도 8의 KIT 시험값, 및/또는 100 g/m2/d 미만의 미네랄 오일 배리어 HVTR 값, 및/또는 100 g/m2/d 미만의 수증기 배리어 WVTR 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 제품.
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 시트형 제품의 용도로서, 외식산업 포장재의 제조를 위한 용도.
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