KR20230025406A - 코팅 구조물, 시트형 제품 및 이의 용도 - Google Patents

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케미라 오와이제이
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Abstract

본 발명은 셀룰로스 섬유를 포함하는 시트형 기재(substrate)용 코팅 구조물에 관한 것이다. 코팅 구조물은 적어도 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함하고, 상기 제2 코팅층은 제1 코팅층과 직접 접촉하도록 배열된다. 적어도 제1 코팅층 또는 제2 코팅층은 알킬 셀룰로스, 하이드록시알킬 알킬 셀룰로스, 하이드록시알킬 셀룰로스 및 이들의 임의의 혼합물로부터 선택되는 적어도 하나의 수용성 셀룰로스 유도체 및 가소제를 포함하는 배리어(barrier) 코팅층이다.

Description

코팅 구조물, 시트형 제품 및 이의 용도
본 발명은 동봉된 독립항의 전제부에 따른 코팅 구조물, 시트형 제품 및 이의 용도에 관한 것이다.
다양한 코팅은 특성을 개선하기 위해 종이 또는 보드 표면에 적용될 수 있다. 그리스(grease) 배리어(barrier) 특성은 포장용 제품에 사용되는 종이와 판지에 특히 중요하다. 종이 또는 보드의 표면에 적용되는 코팅은 패키지 내부의 상품 누출에 대한 효과적인 배리어를 제공하고/하거나 포장된 상품을 오염 및/또는 주변과의 접촉으로부터 보호해야 한다. 배리어 요구 사항은 식품 및 소모성 액체에 사용되는 포장재에 특히 엄격하다.
포장 목적을 위한 코팅은 주름 및 접힘에 대해 우수한 저항성을 가져야 한다. 코팅은 종이나 보드를 상자에 접거나 제품을 감쌀 때 갈라지지 않아야 한다. 균열은 코팅의 배리어 특성을 감소시키거나 완전히 파괴할 수 있다.
플루오로케미칼 또는 합성 석유계 중합체는 균열에 대한 저항성과 동시에 원하는 배리어 특성을 제공하기 위해 코팅 조성물에 통상적으로 사용되어 왔다. 환경상의 이유로 이러한 석유계 화학 물질에 대한 효과적인 대안을 찾는 것이 바람직하다. 대안은 지속 가능해야 하며 재생 가능한 바이오계 공급원을 기초로 해야 한다. 전분과 같이 코팅 제제에 사용되는 기존의 바이오계 성분은 배리어 코팅에서 잘 작동하지 않는 경우가 많다. 이들은 종종 코팅을 부서지기 쉽거나 유연하지 않게 만들어 접을 때 코팅에 균열을 일으킨다. 또한, 바이오계 성분은 바람직하게는 전분 및 전분 유도체에 의해 충족되지 않는 비식품 사슬 공급원에서 유래해야 한다. 결과적으로 현재 직면한 문제를 해결할 새로운 대안이 필요하다.
또한 패키지에 사용되는 배리어 코팅도 재활용 요구 사항을 충족해야 한다. 종이 및 보드 패키지는 이상적으로는 재활용 및 리펄프를 위해 수거된다. 많은 전통적인 배리어 코팅은 리펄프화에 문제가 있고/있거나 리펄프화 시 특별한 공정 배열을 필요로 한다. 종이와 판지에 적용되는 코팅은 재활용 요구 사항을 충족해야 하며 예를 들어 리펄프화 공정을 방해하지 않아야 한다.
본 발명의 목적은 종래 기술에 존재하는 단점을 최소화하거나 심지어 제거하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 재생 가능한 원료를 기초로 하고 쉽게 생분해 및/또는 재펄프화 가능한 코팅 구조물 및 시트형 제품을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 우수한 그리스 배리어 특성을 제공하는 코팅 구조물 및 시트형 제품을 제공하는 것이다.
발명의 또 다른 목적은 구겨지고/지거나 접힐 때 균열을 견디는 코팅을 생성하는 데 사용될 수 있는 배리어 코팅 구조물을 제공하는 것이다.
이들 목적은 독립항의 특징부에 하기 제시된 특징을 갖는 본 발명에 의해 달성된다. 본 발명의 일부 바람직한 구현예는 종속항에 제시되어 있다.
명세서에서 언급된 구현예는, 적용 가능한 경우, 이것이 항상 별도로 언급되지 않더라도 본 발명의 모든 양태에 관한 것이다.
셀룰로스 및/또는 리그노셀룰로스 섬유를 포함하는 시트형 기재(substrate)용의 본 발명에 따른 전형적인 코팅 구조물은 적어도 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함하며, 상기 제2 코팅층은 제1 코팅층과 직접 접촉하도록 배열되고, 적어도 제1 코팅층 또는 제2 코팅층은
- 알킬 셀룰로스, 하이드록시알킬 알킬 셀룰로스, 하이드록시알킬 셀룰로스 및 이들의 임의의 혼합물로부터 선택되는 적어도 하나의 수용성 셀룰로스 유도체, 및
- 가소제
를 포함하는 배리어 코팅층이다.
본 발명에 따른 코팅 구조물의 전형적인 용도는 셀룰로스 및/또는 리그노셀룰로스 섬유를 포함하는 시트형 제품에 적용될 때 그리스 배리어를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 전형적인 시트형 제품은
- 셀룰로스 및/또는 리그노셀룰로스 섬유를 포함하고, 서로 평행한 제1 큰 표면 및 제2 큰 표면을 갖는 기재, 및
- 상기 기재의 적어도 제1 큰 표면 또는 제2 큰 표면 상에 적용된 본 발명에 따른 코팅 구조물
을 포함한다.
본 발명에 따른 시트형 제품의 전형적인 용도는 식품 서비스 패키지를 제조하기 위한 것이다.
이제 놀랍게도 특정 수용성 셀룰로스 유도체와 가소제로 형성된 적어도 하나의 배리어 층을 포함하는 2층 코팅 구조물이 특히 액체 그리스 또는 오일에 대해 그리스 배리어로서, 때로는 광유 배리어로서도 효과적으로 기능할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 수용성 셀룰로스 유도체를 사용하면 코팅 구조물이 리펄프화되기 쉽고 재생 불가능한 공급원의 성분에 대한 필요성이 줄어든다. 수용성 셀룰로스 유도체는 바이오계 성분이지만 재생 가능한 비식품 공급원에서 유래하는 이점이 있다. 또한, 특정 수용성 셀룰로스 유도체와 가소제를 동시에 사용하면 코팅 구조물의 특성이 예상외로 개선되어 끈적임이 적고 차단 위험이 감소한다는 사실이 밝혀졌다. 또한, 코팅 구조물의 균열 경향이 상당히 감소되어, 얻어진 코팅 구조물의 전환 특성이 개선된다.
본 발명에 따른 코팅 구조물은 적어도 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함한다. 제1 코팅층은 셀룰로스 및/또는 리그노셀룰로스 섬유를 포함하는 시트형 기재의 표면에 직접 적용된다. 이는 코팅 구조물이 바람직하게는 프리코트 및 탑코트 층이 없고 제1 코팅층 및 제2 코팅층으로만 구성되며, 상기 제1 코팅층은 기재의 표면과 접촉하고 상기 제2 코팅층은 코팅층의 외부 표면 및 이어서 기재의 외부 표면을 형성함을 의미한다. 일부 구현예에서, 시트형 기재의 표면은 예를 들어 소수성 표면 크기의 층으로, 제1 코팅층을 적용하기 전에 표면 사이징(sized)될 수 있으나, 바람직하게는 제1 코팅층은 표면 사이징 층과 같은 임의의 기존 처리 층이 없는 시트형 기재의 표면에 직접 적용된다. 시트형 기재는 내부 크기를 포함할 수 있다. 제1 코팅층 및 제2 코팅층은 임의의 통상적인 표면 사이징 또는 코팅 기법, 또는 이들의 조합을 사용하여 기재의 표면에 적용될 수 있다. 예를 들어, 제1 코팅층은 표면 사이징 장치를 사용하여 적용될 수 있고, 제2 코팅층은 블레이드 또는 로드 코팅(rod coating) 장치와 같은 코팅 장치를 사용하여 적용될 수 있다.
제2 코팅층은 제1 코팅층과 직접 접촉하도록 배열되며, 이는 제1 코팅층의 표면에 직접 적용되어 즉각적이고 친밀하게 접촉함을 의미한다. 따라서, 코팅 구조물은 제1 코팅층과 제2 코팅층 사이에 임의의 중간층이 없다.
코팅 구조물은 2개 이상의 제1 코팅층 및/또는 2개 이상의 제2 코팅층을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 코팅 구조물이 복수의 제1 코팅층 및/또는 복수의 제2 코팅층을 포함하는 경우, 제1 코팅층은 서로 화학적으로 동일한 것이 바람직하고, 제2 코팅층은 서로 화학적으로 동일한 것이 바람직하다. 화학적으로 동일하다는 것은 코팅층이 동일한 성분으로 동일한 양으로 만들어진다는 것, 코팅층은 동일한 코팅 제형을 사용하여 만들어진다는 것을 의미한다. 복수의 제1 코팅층 및/또는 복수의 제2 코팅층 내의 코트 중량은 변할 수 있다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 제1 및 제2 코팅층은 서로 동일하고 둘 다 배리어 코팅층이다. 2개의 동일한 코팅층을 사용하면 여전히 원하는 배리어 효과를 얻으면서 개별 층당 더 낮은 코트 중량을 사용할 수 있다. 또한, 코팅 구조물이 2개 이상의 동일한 코팅층을 포함할 때 코팅 결함의 위험을 최소화할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제1 코팅층과 제2 코팅층은 서로 상이하다. 예를 들어, 제1 코팅층은 제2 코팅층과 상이한 수용성 셀룰로스 유도체 및/또는 가소제를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 코팅 구조물의 특성을 조정하여 예를 들어 배리어 특성과 관련하여 달성될 매우 특정한 요구 사항을 충족시킬 수 있다.
제1 코팅층 및 제2 코팅층의 코트 중량은 원하는 최종 용도 및 원하는 배리어 특성에 따라 자유롭게 선택될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제1 코팅층은 2 내지 30 g/m2, 바람직하게는 3 내지 20 g/m2, 더 바람직하게는 5 내지 15 g/m2의 코트 중량을 가질 수 있고, 상기 제2 코팅층은 0.5 내지 20 g/m2, 바람직하게는 0.5 내지 15 g/m2, 더 바람직하게는 0.5 내지 10 g/m2의 코트 중량을 가질 수 있다. 전형적으로, 제1 코팅층은 제2 코팅층보다 더 높은 코트 중량을 가질 수 있다.
본 발명의 코팅 구조물은 적어도 하나의 배리어 코팅층을 포함한다. 이는 코팅 구조물이 적어도 2개의 코팅층을 포함하고 그 중 적어도 하나는 배리어 코팅층임을 의미한다. 코팅 구조물에서 적어도 제1 코팅층 또는 제2 코팅층은 배리어 코팅층이다. 제1 코팅층이 본 발명에 따른 배리어 코팅층이거나 제2 코팅층이 배리어 코팅층일 수 있다. 또한, 제1 코팅층과 제2 코팅층이 모두 본 발명에 따른 배리어 코팅층인 것도 가능하다. 본 발명은 코팅 구조물에서 배리어 층의 수와 위치를 선택함으로써 코팅 구조물의 배리어 특성을 최적화할 수 있는 가능성을 제공한다.
본 발명에 따른 배리어 코팅층은 알킬 셀룰로스, 하이드록시알킬 알킬 셀룰로스, 하이드록시알킬 셀룰로스 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 수용성 셀룰로스 유도체를 포함한다. 수용성 셀룰로스 유도체는 바람직하게는 메틸 셀룰로스, 하이드록시메틸 셀룰로스, 하이드록시에틸 셀룰로스, 하이드록시프로필 셀룰로스, (하이드록시에틸)메틸 셀룰로스 및 (하이드록시프로필)메틸 셀룰로스 및 이들의 임의의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는 수용성 셀룰로스 유도체는 메틸 셀룰로스, (하이드록시프로필)메틸 셀룰로스 또는 하이드록시에틸 셀룰로스, 더 바람직하게는 하이드록시에틸 셀룰로스이다. 특정 수용성 셀룰로스 유도체 중 하나가 배리어 코팅층에 존재하는 경우, 층은 더 유연하고 접히거나 접힐 때 쉽게 갈라지지 않는 것으로 관찰되었다. 또한, 특정 셀룰로스 유도체는 코팅 제형에 대한 증가된 건조 고체 함량을 제공하여 코팅될 기재의 표면에 적용하기 쉽게 하고 더 나은 필름 형성 특성을 제공한다.
특히 (하이드록시프로필)메틸 셀룰로스의 사용은 광유 배리어 특성을 나타내는 코팅을 제공할 수 있으며 이로 인해 기술적 적용에도 적합할 수 있다.
본 발명에 적합한 셀룰로스 유도체는 적어도 실온(+21℃)에서 수용성이다. 본 명세서에서, "수용성 셀룰로스 유도체"라는 용어는 겔 형성 없이 물에 용해되는 셀룰로스 유도체를 의미한다. 온도 +21℃에서 수용성 셀룰로스 유도체의 불포화 용액(수중)에는 고체 입자가 없으며 100 미크론 구멍이 있는 필터를 통해 여과할 수 있다. 메틸 셀룰로스 및 (하이드록시프로필)메틸 셀룰로스는 뜨거운 물(약 +75℃)에서 수불용성이 되지만, 이들은 여전히 본 발명에 사용하기에 적합하며, 특히 그리스 배리어 특성 외에도 코팅층에 대해 뜨거운 액체에 대해 제한된 방수 특성을 제공할 수도 있다.
수용성 셀룰로스 유도체를 포함하는 배리어 코팅층, 즉 제1 코팅층 및/또는 제2 코팅층은 유기 용매를 사용하지 않고 형성되는 것이 바람직하다. 전형적으로 배리어 코팅층은 유기 용매가 없는 수용성 셀룰로스 유도체 수용액을 사용하여 형성된다.
제1 코팅층 및 제2 코팅층은 모두 화학적으로 동일한 수용성 셀룰로스 유도체를 포함하는 배리어 코팅층일 수 있다. 대안적으로, 제1 코팅층 및 제2 코팅층은 모두 배리어 코팅층일 수 있으며, 상기 제1 배리어 코팅층은 제1 수용성 셀룰로스 유도체를 포함하고 상기 제2 배리어 코팅층은 제2 수용성 셀룰로스 유도체를 포함한다. 제1 및 제2 수용성 셀룰로스 유도체는 서로 상이하며 알킬 셀룰로스, 하이드록시알킬 알킬 셀룰로스, 하이드록시알킬 셀룰로스 및 이들의 혼합물의 군으로부터 선택된다.
배리어 코팅층, 즉 제1 및/또는 제2 코팅층은 배리어 코팅층의 총 고체 함량으로 계산 시 50 내지 99 중량%, 바람직하게는 60 내지 97 중량%, 더 바람직하게는 70 내지 95 중량%, 또는 80 중량% 내지 95 중량% 양의 수용성 셀룰로스 유도체를 포함할 수 있다. 본 발명에 의해 적어도 허용 가능한 수준에서 본질적인 배리어 및 내균열 특성을 유지하면서 바이오계 성분의 함량이 높은 코팅 구조물을 생성하는 것이 가능하다.
수용성 셀룰로스 유도체에 더하여 배리어 코팅층은 가소제를 포함한다. 가소제는 수용성 셀룰로스 유도체 사슬 사이의 배리어 코팅층에 통합되며, 여기서 이는 이격되어 배리어 코팅층에서 이동성을 제어한다. 선택된 가소제는 바람직하게는 식품 포장 목적에 적합하며, 이는 예를 들어 프탈레이트 에스테르가 제외됨을 의미한다. 가소제는 소르비톨, 만니톨, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 또는 폴리에틸렌 글리콜과 같은 폴리올; 지방산; 단당류, 에탄올아민; 트리에탄올아민; 알킬 시트레이트, 우레아; 레시틴과 글리세롤을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 가소제는 소르비톨, 폴리에틸렌 글리콜 또는 글리세롤로부터 선택될 수 있다. 종종 가소제를 배리어 코팅층에 혼입하면 배리어 코팅층이 너무 점착성이 생겨 배리어 문제가 쉽게 발생할 수 있다. 이제 가소제를 포함하는 배리어 코팅층이 수용성 셀룰로스 유도체를 포함할 때 점착성이 현저하게 감소한다는 것이 예상외로 관찰되었다. 이는 원하는 목적에 맞는 최적의 특성을 갖는 코팅 구조물을 얻기 위해 내크랙성 및 내차단성이 유연성과 균형을 이룰 수 있는 코팅층을 얻을 수 있음을 의미한다.
배리어 코팅층은 배리어 코팅층의 총 고체 함량으로부터 계산 시 1-50 중량%, 바람직하게는 3-40 중량%, 더 바람직하게는 5-30 중량% 또는 5-20 중량% 양의 가소제를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 적어도 상기 배리어 코팅층은 무기 안료 입자를 더 포함할 수 있다. 무기 광물 안료는 카올린, 탈크, 칼슘 카르보네이트 또는 이들의 임의의 혼합물, 바람직하게는 분쇄 칼슘 카르보네이트 또는 침강성 칼슘 카르보네이트와 같은 칼슘 카르보네이트로부터 선택될 수 있다. 무기 안료 입자의 입자 크기 D50은 <5 μm일 수 있다. 일 구현예에 따르면, 배리어 코팅층은 무기 광물 입자를 포함할 수 있으며, 상기 무기 광물 입자의 적어도 45%는 입자 크기가 2 μm 미만이다. 무기 광물 안료를 첨가하면 획득된 배리어 특성을 더욱 개선시킬 수 있다. 수용성 셀룰로스 유도체가 다량의 무기 안료 입자를 배리어 코팅층에 혼입시키는 방식으로 배리어 코팅층의 유연성을 증가시킨다는 것이 예상외로 관찰되었다. 이는 배리어 특성을 개선할 뿐만 아니라 코팅 구조물을 보다 경제적으로 생산할 수 있도록 한다.
제1 코팅층 및 제2 코팅층은 모두 본 발명에 따른 배리어 코팅층인지 여부에 관계없이 무기 광물 입자를 모두 포함할 수 있다. 상기 제1 코팅층과 상기 제2 코팅층에서 무기광물 입자의 종류 및/또는 함량은 동일하거나 상이할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 코팅층과 상기 제2 코팅층은 그 양이 상이할지라도 동일한 무기광물 입자를 포함한다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 제1 코팅층(들) 상에 직접 적용되는 적어도 제2 코팅층은 무기 안료 입자, 바람직하게는 칼슘 카르보네이트 입자를 포함하는 배리어 코팅층일 수 있다. 이 경우 제1 코팅층은 밀봉층의 역할을 하여 배리어 코팅층이 코팅될 기재의 표면으로 침투하는 것을 방지하거나 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 수용성 셀룰로스 유도체는 메틸 셀룰로스와 같은 알킬 셀룰로스에서 선택될 수 있으며, 상기 배리어 코팅층은 배리어 코팅층의 총 건조 고체 함량으로부터 계산 시 5 내지 20 중량%, 바람직하게는 7 내지 17 중량%, 더 바람직하게는 7 내지 15 중량% 양의 무기 안료 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 배리어 코팅층은 배리어 코팅층의 총 건조 고체 함량으로부터 계산 시 50 내지 90 중량%, 바람직하게는 60 내지 90 중량% 또는 75 내지 87 중량%의 메틸 셀룰로스와 같은 알킬 셀룰로스, 5 내지 20 중량%, 바람직하게는 7 내지 17 중량% 또는 바람직하게는 7 내지 15 중량%의 무기 안료 입자, 및 바람직하게는 5 내지 30 중량%, 바람직하게는 5 내지 25 중량%, 또는 5 내지 20 중량%의 가소제를 포함할 수 있고, 성분의 총량은 합하여 최대 100%이다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 수용성 셀룰로스 유도체는 바람직하게는 하이드록시알킬 셀룰로스 또는 하이드록시알킬 알킬 셀룰로스, 예를 들어 하이드록시에틸 셀룰로스 또는 (하이드록시프로필)메틸 셀룰로스로부터 선택되며, 여기서 배리어 코팅층은 상기 배리어 코팅층의 총 건조 고체 함량으로부터 계산 시 20 내지 60 중량%, 바람직하게는 30 내지 55 중량%, 더 바람직하게는 40 내지 50 중량% 양의 무기 안료 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 배리어 코팅층은 상기 배리어 코팅층의 총 건조 고체 함량으로부터 계산 시 20 내지 60 중량%, 바람직하게는 30 내지 55 중량%, 또는 40 내지 50 중량%의 하이드록시에틸 셀룰로스 또는 (하이드록시프로필)메틸 셀룰로스와 같은 하이드록시알킬 알킬 셀룰로스, 20 내지 50 중량%, 바람직하게는 35 내지 50 중량%, 또는 30 내지 50 중량%의 무기 안료 입자 및 5 내지 30 중량%, 바람직하게는 10 내지 30 중량%, 또는 15 내지 26 중량%의 가소제를 포함할 수 있고, 성분의 총량은 합하여 최대 100%이다. 하이드록시알킬 셀룰로스 또는 하이드록시알킬 알킬 셀룰로스를 사용하면 내균열성과 같은 코팅층 특성의 저하 없이 배리어 코팅층에 높은 수준의 무기 안료 입자를 사용할 수 있다.
전분은 코팅 구조물의 취성을 증가시키고 코팅 구조물의 내균열성을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 코팅 구조물에서 전분의 양은 최소화하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 코팅 구조물의 제1 및 제2 코팅층은 전분이 없다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 코팅 구조물의 제1 코팅층은 제2 코팅층이 본 발명에 따른 배리어 코팅층이고 카르복시메틸 셀룰로스가 없는 경우 카르복시메틸 셀룰로스를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 바람직한 구현예에 따르면, 코팅 구조물의 제1 코팅층 및 제2 코팅층 모두에는 카르복시메틸 셀룰로스가 완전히 없다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 적어도 배리어 코팅층은 추가 코팅 결합제, 바람직하게는 폴리비닐 알코올을 더 포함할 수 있다. 폴리비닐 알코올의 중량 평균 분자량은 < 100,000 g/mol, 바람직하게는 < 90,000 g/mol일 수 있다. 추가 코팅 결합제로 사용하기에 특히 적합한 폴리비닐 알코올은 중량 평균 분자량이 ≤70,000 g/mol, 바람직하게는 13,000 내지 70,000 g/mol일 수 있다. 폴리비닐 알코올은 적어도 부분적으로 가수분해될 수 있다. 추가 코팅 결합제로 사용되는 폴리비닐 알코올은 필름 형성과 코팅층의 수증기 및 광유 배리어 특성을 모두 개선시킬 수 있다. 폴리비닐 알코올은 또한 얻어진 코팅 구조물의 차단 경향을 감소시킬 수 있다. 일 구현예에 따르면, 제1 및/또는 제2 코팅층은 폴리비닐 알코올이 없다.
추가 구현예에 따르면, 코팅층은 하기 첨가제 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 증점제(들), 가교제(들), 윤활제(들), 알킬 케텐 이량체(들), 알케닐 숙신산 무수물(들), 및 분산제(들). 바람직하게는, 제1 및 제2 코팅층은 동물성 첨가제 및/또는 동물성 키토산 또는 젤라틴과 같은 성분이 없다. 동물성 첨가물을 배제한 코팅 구조물로 종교나 이념에 관계없이 모든 소비자 집단을 대상으로 하는 외식 포장 제품에 적합하다.
코팅 구조물은 제2 코팅층의 표면에 적용되는 하나 이상의 추가 코팅층을 더 포함할 수 있다. 추가 코팅층(들)은 제2 코팅층과 상이할 수 있다.
바람직한 일 구현예에 따르면, 코팅 구조물에는 합성 중합체인 첨가제가 없다. 특히 코팅 구조물에는 스티렌-부타디엔 또는 스티렌-아크릴레이트 라텍스와 같은 스티렌계 합성 중합체가 없을 수 있다. 합성 중합체를 배제하면 최종 소비자가 부적절하게 폐기하더라도 코팅 구조물의 생분해성 및/또는 퇴비화 가능성을 개선하고 더 환경 친화적으로 만들 수 있다. 스티렌계 중합체를 제외하면 코팅 구조물을 안전하게 생산할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 코팅 구조물은 라미네이트된 중합체 필름의 임의의 층이 없다. 이것은 코팅 구조물의 재펄프성과 퇴비화 가능성을 개선시킨다.
본 발명에 따른 코팅 구조물용 기재는 셀룰로스 및/또는 리그노셀룰로스 섬유를 포함할 수 있다. 셀룰로스 또는 리그노셀룰로스 섬유는 화학적, 기계적, 화학-기계적 펄프화 공정을 포함하는 임의의 통상적인 펄프화 공정에 의해 얻어질 수 있다. 기재는 또한 재활용 섬유를 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 기재는 서로 평행한 제1 및 제2의 큰 표면을 갖고, 일반적으로 섬유 웹 형태이다. 기재는 25 내지 800 g/m2, 바람직하게는 30 내지 700 g/m2, 더 바람직하게는 40 내지 500 g/m2의 평량(grammage)을 가질 수 있다. 코팅 구조물은 로드 코팅, 블레이드 코팅, 스프레이 코팅 또는 커튼 코팅과 같은 임의의 통상적인 표면 사이징 기술 또는 코팅 기술을 사용하여 기재의 적어도 제1 및/또는 제2 큰 표면에 적용될 수 있다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 코팅 구조물로 코팅된 얻어진 시트형 제품은 TAPPI 559 KIT 테스트 값이 8 이상, 바람직하게는 10 이상, 더 바람직하게는 12 이상일 수 있다. KIT 테스트 값은 코팅의 반발성을 측정하여 오일 및 그리스 및 측정은 표준 TAPPI 방법 T-559 pm-96에 따라 수행된다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 코팅 구조물로 코팅된 얻어진 시트형 제품은 광유 배리어 HVTR 값 < 100 g/m2/d를 가질 수 있다. 사용된 헥산 증기 전달 속도(HVTR: Hexane Vapor Transmission Rate) 값은 BASF에서 개발한 테스트 방법을 사용하여 얻는다. 테스트에서 헥산은 배리어 샘플로 덮인 측정 컵에 배치되고 알려진 영역을 통한 헥산의 증발을 측정한다. 테스트 방법은 당업자에게 일반적으로 알려져 있다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 코팅 구조물로 코팅된 얻어진 시트형 제품은 23℃ 및 50% 상대 습도 WVTR 값 < 100 g/m2/d에서 수증기 배리어를 가질 수 있다. WVTR 값은 ASTM F-1249, ISO 15105-2, ISO 15106-3, DIN 53122-2의 표준 방법을 사용하여 측정할 수 있다.
코팅 구조물로 코팅된 시트형 제품은 식품 서비스 패키지 또는 액체 포장용으로 사용될 수 있다. 식품 서비스 패키지의 전형적인 예는 패스트 푸드, 즉석 식사, 샌드위치, 쿠키, 도넛 등과 같은 베이커리 제품을 위한 패키지이다.
본 문맥에서, 달리 언급되지 않는 한, 다양한 성분에 대해 주어진 모든 중량% 값은 코팅층의 전체 건조 고체 함량으로부터 계산된다.
실험예
본 발명의 일부 실시예는 하기의 비제한적인 실시예에서 설명된다.
셀룰로스 유도체 용액의 제조
사용한 셀룰로스 유도체를 물에 용해시켰다. 셀룰로스 유도체는 실온에서 1000 mPas 미만의 브룩필드 점도를 갖는 셀룰로스 유도체 용액을 생성하는 최대 고체 함량에서 용해되었다. 용해 절차는 아래에 설명되어 있으며 사용된 셀룰로스 유도체 및 얻어진 셀룰로스 유도체 용액의 특성은 표 1에 설명되어 있다.
메틸 셀룰로스(MEC); (하이드록시프로필)메틸셀룰로스(HPMC): 총 물 사용량의 1/3을 비등 온도 부근까지 가열하고 덩어리가 생기지 않도록 혼합하면서 셀룰로스 유도체 분말을 첨가하였다. 얻어진 현탁액을 빙욕에 넣고 모든 셀룰로스 유도체 분말이 용해될 때까지 혼합을 계속하였다. 전체 물량의 나머지 양을 혼합하면서 첨가하였다.
하이드록시에틸 셀룰로스(HEC): 셀룰로스 유도체 분말을 혼합하면서 물에 첨가하고 얻어진 현탁액을 60℃로 가열하고 유도체의 용해가 완료될 때까지 그 온도를 유지하였다.
표 1 얻은 셀룰로스 유도체 용액의 특성.
셀룰로스 유도체 고체 함량
[중량%]
점도 Br100*
[mPas]
메틸 셀룰로스 MEC 6.5 410 (+19℃)
(하이드록시프로필) 메틸 셀룰로스 HPMC 4.6 758 (+21℃)
2-하이드록시에틸 셀룰로스 HEC 10 911 (+22℃)
*괄호 안은 점도 측정 온도
코팅층의 제조 및 측정
실시예에 사용된 코팅 제형은 혼합을 위해 Diaf 디졸버를 사용하여 제조되었다.
브룩필드 DV-E(Brookfield GmbH, Lorch, Germany) 점도계를 사용하여 코팅 제형의 제조 직후 벌크 점도를 측정하였다. 각 샘플의 점도 범위에 따라 서로 다른 스핀들이 사용되었다. 측정은 100 rpm에서 수행되었다.
실험실 코팅 테스트는 다양한 권취 막대 및 코팅 속도를 갖는 드로우 다운 코팅기 K 제어 코팅기(RK Print Coat Instruments, 영국 리틀링턴 소재)를 사용하여 수행되었다. 샘플은 InfraRR IR 건조기를 사용하여 60초 동안 건조되었다. 모든 샘플은 이중 코팅되었다. 코팅 테스트에 사용된 기재는 기본 중량이 295 g/m2인 순수 섬유계 카톤보드였다. 기재의 코팅되지 않은 바닥면에 배리어 코팅층을 적용하였다.
코팅된 기재의 코트 중량은 코팅된 샘플 및 코팅되지 않은 원지를 칭량하여 결정하였고, 코트 중량은 중량 차이에 의해 얻었다. Cyklos CPM 450 주름 및 천공 장치를 사용하여 샘플 주름을 포함한 샘플에 대해 간단한 변환 테스트를 수행하였다. 주름과 접힘은 기계 방향과 교차 방향으로 이루어졌다. 에탄올에 용해된 메틸 레드를 사용하여 주름진 샘플에 대해 염색 테스트를 수행하였다. 접힘을 위해 Cobb 롤러를 사용하여 균일한 접힘 압력을 제공하였다.
코팅된 기재의 내수성은 표준 ISO 535에 따라 Cobb60 테스트를 사용하여 테스트되었다.
Systech Permeation Analyzers M7002 기기를 사용하여 코팅된 기재의 수증기 배리어 특성(WVTR)을 측정하였다.
코팅된 기재의 헥산 증기 투과도는 컵법을 사용하여 측정하였다. 20 g의 헥산을 금속 컵에 넣었다. 코팅된 기재를 코팅된 면이 아래로 향하도록 2개의 개스킷 사이의 컵 상부에 놓았다. 금속 프레임을 사용하여 샘플을 컵에 조였다. 중량 손실은 24시간 동안 기록되었다.
코팅된 기재의 그리스 배리어 특성은 KIT 값으로 제공된다.
차단 테스트는 40℃ 온도와 150 bar 압력에서 4시간 동안 수행되었다. 코팅된 샘플의 한 면은 배리어 코팅으로 코팅되고 다른 면은 상부 코팅으로 코팅된다. 배리어 코팅된 샘플을 테스트에서 상부 코팅에 대해 배치하였다. 차단 테스트 결과에 사용된 척도는 표 2에 나와 있다.
표 2 실시예에서 사용된 차단 테스트 척도.
결과 설명
1 샘플은 함께 접착되지 않았음
2 샘플을 떨어뜨려 당길 때 노이즈가 존재함
3 표면적의 50% 미만의 코팅 결함
4 표면적의 50% 초과의 코팅 결함
5 베이스 종이 탈리
실시예 1: 코팅층 특성에 대한 상이한 가소제의 영향
다양한 가소제의 영향을 저분자량 하이드록시프로필 메틸 셀룰로스(HPMC)로 테스트하였다. 가소제로 글리세롤, 소르비톨, 폴리에틸렌글리콜을 선택하였다. 코팅 제형은 20 중량%의 가소제 및 80 중량%의 HPMC를 포함하였다. 모든 샘플은 이중 코팅되었다.
얻어진 코트 중량 및 배리어 특성을 표 3에 나타낸다. 테스트된 모든 가소제에서 양호한 필름 형성이 얻어졌다.
표 3 실시예 1의 샘플에 대한 코트 중량 및 배리어 특성
샘플 가소제 코트 중량
[g/m 2 ]
KIT
1-1 글리세롤 10.0 12
1-2 소르비톨 8.6 12
1-3 PEG300 7.6 12
표 3에서 다양한 가소제를 사용한 모든 코팅층이 우수한 그리스 배리어 특성을 나타냄을 알 수 있다.
실시예 2: 코팅층 특성에 대한 무기 안료 첨가의 영향
하기 셀룰로스 유도체에 대해 무기 안료 첨가의 영향을 테스트하였다: 하이드록시프로필 메틸 셀룰로스 HPMC, 메틸 셀룰로스 MEC 및 하이드록시에틸 셀룰로스 HEC. 분쇄 칼슘 카르보네이트(HydroCarb 60, Omya)를 무기 안료로 사용하였다. 모든 코팅 제형은 20 중량%의 가소제를 포함하였다. HPMC 또는 HEC 가소제를 포함하는 코팅 제형에서 가소제는 PEG300이었고; MEC 가소제를 포함하는 코팅 제형에는 D-소르비톨이 있었다. 코팅 제형에서 셀룰로스 유도체 및 무기 안료의 양을 표 4에 나타낸다. 모든 샘플은 이중 코팅하였다.
얻어진 코트 중량 및 배리어 특성을 표 4에 나타낸다.
표 4 실시예 2의 샘플에 대한 코팅 제형, 얻어진 코트 중량 및 배리어 특성.
샘플 셀룰로스
유도체
셀룰로스 유도체,
중량%
무기 안료, 중량% 코트 중량, g/m 2 KIT
(편평)
차단
2-1 HPMC 70 10 9.6 12 -
2-3 HPMC 70 10 8.9 - -
2-4 HPMC 70 10 9.7 - 1
2-5 HPMC 60 20 10.9 12 -
2-6 HPMC 60 20 11.5 - -
2-7 HPMC 60 20 11.1 - 1
2-8 HPMC 50 30 12.9 12 -
2-9 HPMC 50 30 11.8 - -
2-10 HPMC 50 30 12.2 - 1
2-11 MEC 70 10 5.2 9 -
2-12 MEC 70 10 10.5 8 1
2-13 MEC 60 20 5.3 8 -
2-14 MEC 60 20 9.7 8 -
2-15 MEC 50 30 6.7 9 -
2-16 MEC 50 30 10.8 7 -
2-17 HEC 70 10 6.1 4 -
2-18 HEC 70 10 7.3 12 -
2-19 HEC 70 10 13.5 12 2
2-20 HEC 60 20 6.9 3 -
2-21 HEC 60 20 9.5 12 -
2-22 HEC 60 20 14.8 12 2
2-23 HEC 50 30 6.5 4 -
2-24 HEC 50 30 10.8 12 -
2-25 HEC 50 30 18.7 12 2
표 4에서 테스트된 HPMC 또는 HEC 샘플 중 어느 것도 30 중량%의 안료 함량까지 접힌 부분에서 균열을 나타내지 않았음을 알 수 있다. HPMC 및 HEC를 사용한 이중 코팅 코팅 구조물에 대한 모든 안료 첨가 수준에 대해 KIT 값 12를 얻었다. HPMC 및 HEC 샘플은 우수한 그리스 배리어 특성을 보여주었다.
10 중량%의 무기 안료를 포함하는 MEC 샘플은 주름에서 균열을 나타내지 않은 반면, 무기 안료 함량이 더 높은 MEC 샘플은 주름에서 약간의 균열을 나타내었다. MEC를 사용한 이중 코팅 코팅 구조물에 대한 모든 안료 첨가 수준에 대해 KIT 값 7 내지 8을 얻었다.
실시예 3: 다량의 무기 안료 및 추가 결합제를 사용한 코팅 구조물
하이드록시에틸 셀룰로스 및 하이드록시프로필 메틸 셀룰로스 코팅 제형을 사용하여 코팅 구조물에서 더 높은 안료 함량을 테스트하였다. 무기 안료로는 분쇄 칼슘 카르보네이트 GCC(HydroCarb 60, Omya)를 사용하였다. 코팅층에 추가 결합제가 존재하는 영향도 테스트하였다. 코팅층을 만들기 위한 코팅 제형은 표 5에 제시되어 있다.
표 5 실시예 3에 사용된 코팅 제형
코팅 성분 코팅 제형
HEC A HEC B HPMC A HPMC B
하이드록시에틸 셀룰로스 55 40
하이드록시프로필 메틸 셀룰로스 50 50
GCC 35 40 35 30
PEG-300 10 20 15 10
추가 결합제, 폴리비닐 알코올 10
이중 코팅된 샘플에 대해 얻은 코트 중량 및 배리어 특성이 표 6에 나와 있다. HVTR 값 < 100 g/m2는 광유에 대한 우수한 배리어 특성을 나타내는 것으로 간주된다.
표 6 실시예 3의 샘플에 대한 코팅 제형, 얻어진 코트 중량 및 배리어 특성.
코팅 제형 코트 중량
g/m 2
KIT
(편평)
WVTR
g/m 2 /d
차단 HVTR
g/m 2 *d
HPMC A 12.4 12 143 -  -
HPMC A 11.5 12  - - 22
HPMC A 11.7 12  - 1  -
HPMC B 11.8 12 133 1  -
HPMC B 12.0 12  - - 92
HEC A 4.9 5  - -  -
HEC A 6.8 12  - - 3
HEC A 6.9 12  - 1  -
HEC B 5.4 5  - -  -
HEC B 9.4 12 107 - 11
HEC B 10.5 12  - 1  -
표 6의 결과에서 HPMC와 HEC 모두 광물 배리어 특성뿐만 아니라 우수한 그리스 배리어 특성을 제공한다는 것을 알 수 있다. 또한 차단 결과가 양호하고 코팅이 접히는 동안 균열이 발생하지 않는다.
실시예 4: 무기 안료 함량이 높은 코팅 구조물
코팅 구조물에서 최대 50 중량%의 무기 안료 함량이 하이드록시에틸 셀룰로스 및 하이드록시프로필 메틸 셀룰로스 코팅 제형으로 테스트되었다. 무기 안료로는 분쇄 칼슘 카르보네이트 GCC(HydroCarb 60, Omya)를 사용하였다. 코팅층에 추가 결합제가 존재하는 영향도 테스트하였다. 코팅층을 만들기 위한 코팅 제형은 표 7에 제시되어 있다.
표 7 실시예 4에 사용된 코팅 제형
코팅 성분 코팅 제형
HEC C HEC D HPMC C HPMC D HPMC E HPMC F
하이드록시에틸 셀룰로스 40 45        
하이드록시프로필 메틸셀룰로스     45 35 40 30
GCC 50 45 40 50 40 50
PEG-300 10 10 15 15 10 10
추가 결합제, 폴리비닐 알코올         10 10
이중 코팅된 샘플에 대해 얻은 코트 중량 및 배리어 특성이 표 8에 나와 있다.
표 8의 결과로부터 코팅 제형이 미네랄 배리어 특성뿐만 아니라 우수한 그리스 배리어 특성을 가짐을 알 수 있다. 또한 차단 결과도 양호하다.
표 8 실시예 4의 샘플에 대한 코팅 제형, 얻어진 코트 중량 및 배리어 특성.
코팅 제형 코트 중량
g/m 2
KIT
(편평)
WVTR
g/m 2 /d
차단 HVTR
g/m 2 *d
HEC C 7.0 5 - -  -
HEC C 11.5 12 105 - 13
HEC C 11.5 12  - 1 -
HEC D 5.4 4  - -  -
HEC D 9.9 12 111 - 11
HEC D 9.9 12  - 1  -
HPMC C 10.9 12 143 - 24
HPMC C 11.4 12  - 1 -
HPMC C 9.6 12  - -  -
HPMC D 14.7 12 153 - 30
HPMC D 11.8 12  - 1  -
HPMC D 10.3 12  - -  -
HPMC E 13.7 12 133 - 142
HPMC E 11.3 12  - 1  -
HPMC E 10.7 10  - -  -
HPMC F 15.9 12  - -  -
HPMC F 14.9 12 138 - 253
HPMC F 12.4 12  - 1  -
본 발명이 현재 가장 실용적이고 바람직한 구현예인 것으로 보이는 것을 참조하여 기술되더라도, 본 발명은 상기 기술된 구현예에 제한되지 않고, 본 발명은 또한 동봉된 청구 범위 내의 기술 해결책 내에 다른 변형 및 등가물을 포함하도록 의도됨을 이해해야 한다.

Claims (15)

  1. 셀룰로스 및/또는 리그노셀룰로스 섬유를 포함하는 시트형 기재용 코팅 구조물로서,
    상기 코팅 구조물은 적어도 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함하며, 상기 제2 코팅층은 제1 코팅층과 직접 접촉하도록 배열되고,
    적어도 제1 코팅층 또는 제2 코팅층은
    - 알킬 셀룰로스, 하이드록시알킬 알킬 셀룰로스, 하이드록시알킬 셀룰로스 및 이들의 임의의 혼합물로부터 선택되는 적어도 하나의 수용성 셀룰로스 유도체, 및
    - 가소제
    를 포함하는 배리어(barrier) 코팅층인, 코팅 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수용성 셀룰로스 유도체는 메틸 셀룰로스, 하이드록시메틸 셀룰로스, 하이드록시에틸 셀룰로스, 하이드록시프로필 셀룰로스, (하이드록시에틸)메틸 셀룰로스 및 (하이드록시프로필)메틸 셀룰로스 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 배리어 코팅층은 배리어 코팅층의 총 고체 함량으로부터 계산 시 50 내지 99 중량%, 바람직하게는 60 내지 97 중량%, 더 바람직하게는 70 내지 95 중량% 양의 수용성 셀룰로스 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배리어 코팅층의 가소제는 소르비톨, 만니톨, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 또는 폴리에틸렌 글리콜과 같은 폴리올; 지방산; 단당류, 에탄올아민; 트리에탄올아민; 요소; 레시틴과 글리세롤을 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배리어 코팅층은 배리어 코팅층의 총 고체 함량으로부터 계산 시 1 내지 50 중량%, 바람직하게는 3 내지 40 중량%, 더 바람직하게는 5 내지 30 중량%, 또는 5 내지 20 중량% 양의 가소제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 배리어 코팅층은 무기 안료 입자를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수용성 셀룰로스 유도체는 메틸 셀룰로스와 같은 알킬 셀룰로스로부터 선택되고, 상기 배리어 코팅층은 배리어 코팅층의 총 건조 고체 함량으로부터 계산 시 5 내지 20 중량%, 바람직하게는 7 내지 17 중량%, 더 바람직하게는 7 내지 15 중량% 양의 무기 안료 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 수용성 셀룰로스 유도체는 하이드록시알킬 셀룰로스 또는 하이드록시알킬 알킬 셀룰로스로부터 선택되고, 상기 배리어 코팅층은 배리어 코팅층의 총 건조 고체 함량으로부터 계산 시 20 내지 60 중량%, 바람직하게는 30 내지 55 중량%, 더 바람직하게는 40 내지 50 중량% 양의 무기 안료 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 코팅층 및 상기 제2 코팅층은 배리어 코팅층인 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 코팅층의 코트 중량은 2 내지 30 g/m2, 바람직하게는 3 내지 20 g/m2, 더 바람직하게는 5 내지 15 g/m2이고, 상기 제2 코팅층의 코트 중량은 0.5 내지 20 g/m2, 바람직하게는 0.5 내지 15 g/m2, 더 바람직하게는 0.5 내지 10 g/m2인 것을 특징으로 하는, 코팅 구조물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 코팅 구조물의 용도로서, 셀룰로스 및/또는 리그노셀룰로스 섬유를 포함하는 시트형 제품에 적용될 때 그리스(grease) 배리어를 제공하기 위한, 용도.
  12. 시트형 제품으로서,
    - 셀룰로스 및/또는 리그노셀룰로스 섬유를 포함하고, 서로 평행한 제1 큰 표면 및 제2 큰 표면을 갖는 기재, 및
    - 상기 기재의 적어도 제1 큰 표면 또는 제2 큰 표면 상에 적용된 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 코팅 구조물
    을 포함하는, 시트형 제품.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기재는 25 내지 800 g/m2, 바람직하게는 30 내지 700 g/m2, 더 바람직하게는 40 내지 500 g/m2의 평량(grammage)을 갖는 것을 특징으로 하는, 시트형 제품.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 제품은 적어도 8의 KIT 테스트 값 및/또는 100 g/m2/d 미만의 광유 배리어 HVTR 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 시트형 제품.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 시트형 제품의 용도로서, 식품 서비스 패키지를 제조하기 위한, 용도.
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