KR20230044146A - 수성 차단 코팅을 갖는 이중벽 판지 용기 - Google Patents

수성 차단 코팅을 갖는 이중벽 판지 용기 Download PDF

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티모시 알. 믹닐
나타샤 지. 멜톤
브라이언 케이. 크냅
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웨스트락 엠더블유브이, 엘엘씨
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Abstract

코팅된 판지 용기는 내부 판지 기재, 외부 판지 기재, 내부 판지 기재 상에 위치한 제1 수성 차단 코팅, 및 외부 판지 기재 상에 위치한 제2 수성 차단 코팅층을 포함한다. 내부 판지 기재와 외부 판지 기재는 접착제로 결합된다. 제1 수성 차단 코팅 및 제2 수성 차단 코팅은 안료 및 바인더를 포함하고 제1 수성 차단 코팅은 열 밀봉 가능하다.

Description

수성 차단 코팅을 갖는 이중벽 판지 용기
본 출원은 코팅된 판지 용기, 특히 수성 차단 코팅을 갖는 코팅된 판지 용기 분야에 관한 것이다.
판지는 용기와 같은 다양한 포장 응용에 사용된다. 예를 들어, 판지는 식품 및 음료 산업에서 냉온 음료를 담기 위한 판지 컵을 성형하기 위해 사용된다.
뜨거운 음료를 담기 위한 판지 컵은 일반적으로 음료로부터 판지 기재로의 액체 흡수를 최소화하기 위해 컵의 내부 표면에 강화된 액체 차단(barrier) 특성을 필요로 한다. 차가운 음료를 담기 위한 판지 컵은 일반적으로 음료로부터 판지 기재로의 액체 흡수를 최소화하기 위해 컵의 내부 표면에 그리고 응축액으로부터 판지 기재로의 액체 흡수를 최소화하기 위해 컵의 외부 표면에 강화된 액체 차단 특성을 필요로 한다.
판지는 일반적으로 열 밀봉이 가능하여, 컵 기계에서 판지 컵을 성형하는 것을 가능하게 한다. 폴리에틸렌(PE) 압출 코팅된 판지는 현재 우수한 차단 및 우수한 열 밀봉 특성을 모두 제공함으로써 이러한 응용 분야에서 여전히 지배적이다. 그러나 폴리에틸렌 압출 코팅을 갖는 이러한 판지 컵은 재펄프화 과정에서 폴리에틸렌 필름의 분해가 어렵기 때문에 재활용 및 재펄프화에 어려움이 있으며, 따라서 재활용이 쉽지 않으므로, 환경적 문제가 있다. 따라서 폴리에틸렌 압출 코팅된 판지 컵을 대체하기 위한 새로운 코팅 기술을 포함한 대체 솔루션에 대한 요구가 증가하고 있다.
또한, 폴리에틸렌 코팅이 없는 많은 판지 용기는 액체 침투 문제를 겪을 수 있다. 액체 침투는 판지 용기의 구조적 무결성을 손상시키고, 용기의 내부 표면을 얼룩지게 하며, 용기의 외부 표면을 얼룩지게 할 수 있다. 상기 구조적 문제 및 얼룩 문제는 온도의 상승, 공기 흐름의 증가, 또는 산성 소다 음료와 같은 공격적인 첨가물이 용기에 담기는 경우와 같은 조건에서 악화될 수 있다.
따라서, 당해 기술분야의 통상의 기술자는 코팅된 판지 용기 분야에서 연구 및 개발을 계속하고 있다.
일례에서, 코팅된 판지 용기는 내부 판지 기재, 외부 판지 기재, 상기 내부 판지 기재 위에 위치한 제1 수성 차단 코팅, 및 상기 외부 판지 기재 위에 위치한 제2 수성 차단 코팅을 포함한다. 상기 내부 판지 기재와 상기 외부 판지 기재는 접착제로 결합된다. 제1 수성 차단 코팅 및 제2 수성 차단 코팅은 안료 및 바인더를 포함하고, 제1 수성 차단 코팅은 열 밀봉 가능하다.
일례에서, 제1 수성 차단 코팅으로 코팅된 내부 판지 기재 및 제2 수성 차단 코팅으로 코팅된 외부 판지 기재를 갖는 이중벽 컵을 제조하는 방법은 상기 내부 판지 기재로 컵 구조물을 성형하는 단계, 상기 컵 구조물에 접착제를 적용하는 단계, 상기 컵 구조물을 상기 외부 판지 기재로 덧싸기(overwrapping) 단계를 포함한다.
일 예에서, 이중벽 컵은 내부 판지 기재, 외부 판지 기재, 상기 내부 판지 기재 위에 위치한 제1 수성 차단 코팅, 상기 외부 판지 기재 위에 위치한 제2 수성 차단 코팅, 및 상기 내부 판지 기재와 상기 외부 판지 기재 사이에 위치된 접착제를 포함한다.
도 1은 개시된 판지 용기의 일 양태의 단면 입면도이다.
도 2는 도 1의 판지 용기의 측벽을 형성하는 이중벽 판지 구조의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 판지 구조에 대한 대안으로서 사용될 수 있는 이중벽 판지 구조의 단면도.
도 4는 도 2에 도시된 판지 구조에 대한 대안으로서 사용될 수 있는 이중벽 판지 구조의 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 판지 구조의 대안으로서 사용될 수 있는 이중벽 판지 구조의 단면도.
도 6은 도 2에 도시된 판지 구조의 대안으로서 사용될 수 있는 이중벽 판지 구조의 단면도.
도 7은 이중벽 컵을 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 8은 실험 시도 후 3개의 컵의 내부 표면의 예시이다.
도 9는 실험 시도 후 3개의 컵의 외부 표면의 예시이다.
도 10은 실험 시도 후 2개의 컵의 내부 표면의 예시이다.
지속 가능성은 식품을 위한 새로운 포장 용기의 개발에 있어 핵심 동인이다. 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 압출 코팅이 적용된 판지는 일반적으로 식품 산업에서 사용된다. 그러나 이러한 코팅은 쉽게 재활용할 수 없으므로 환경 문제가 발생한다. 수성 코팅으로 코팅된 판지는 일반적으로 재활용 가능한 것으로 간주되므로 더 지속 가능하지만, 일반적으로 LDPE로 코팅된 판지와 동일한 구조적 특성을 나타내지는 않는다. 특히, 수성 코팅된 판지는 일반적으로 LDPE 코팅된 판지의 용기와 비교할 때 열악한 수준의 액체 저항성을 나타낸다.
커피, 소다, 스포츠 음료 등과 같은 많은 음료는 판지 벽을 통해 수성 차단 코팅층을 손상시키고 침투할 수 있는 오일 및 계면활성제를 함유한다. 차단을 추가하여 더 두꺼운 구조를 만들면 열화 과정을 중단하거나 상당히 지연시킬 수 있으므로 액체 흡수 및 전달 메커니즘을 수정하여 판지 용기의 수명을 연장할 수 있다. 액체 흡수 및 전달 메커니즘의 수정을 위한 한 가지 예는 덧싸기(overwrap)를 사용하는 것이다. 또 다른 예는 단일 벽 용기의 외부 벽 위에 낮은 증기투과율 코팅을 사용하는 것을 포함한다.
일 예에서, 본 설명은 내부 판지 기재 및 외부 판지 기재(달리 덧싸기라고도 함)로 구성된 측벽을 갖는 코팅된 판지 용기에 관한 것이다. 내부 판지 기재와 외부 판지 기재는 각각 뛰어난 성능과 특성의 수성 차단 코팅을 가진다. 수성 차단 코팅은 재펄프화하는 동안 쉽게 분해되므로 폴리에틸렌 압출 코팅을 갖는 판지 용기보다 더 쉽게 재펄프화할 수 있다. 또한, 본 명세서의 코팅된 판지 용기는 종래의 수성 차단 코팅된 판지 컵에 비해 현저하게 개선된 성능 및 특성을 나타낸다. 다양한 코팅 구조 및 구성을 갖는 수성 차단 코팅된 판지 용기를 광범위한 특성 및 성능에 대해 시험 및 평가했다.
일례에서, 상기 코팅된 판지 용기는 바닥 스톡(stock) 판지 기재와 바닥 스톡 판지 기재의 내부 표면 위의 수성 차단 코팅을 포함하는 바닥 벽을 추가로 포함하며, 여기에서 상기 바닥 스톡 판지 기재의 원주 부분은, 상기 측벽의 수성 차단 코팅 및 상기 바닥 벽의 수성 차단 코팅 중 적어도 하나의 방식으로, 상기 측벽 판지 기재의 하단부에 열 밀봉된다. 상기 시험 및 평가 방법의 세부 사항은 여기에 설명되어 있다.
도 1은 판지 용기(100)의 예시적인 실시예를 도시한다. 일 예에서, 판지 용기(100)는 컵이다. 판지 용기(100)는 측벽(102) 및 바닥벽(104)을 포함할 수 있다. 측벽(102)은 내부 판지 기재(110) 및 외부 판지 기재(120)를 포함할 수 있다. 내부 판지 기재(110) 및 외부 판지 기재(120)는 표백되거나 표백되지 않을 수 있다. 적절한 판지 기재의 예로는 골판지, 라이너보드(linerboard), 고체 표백 황산염(SBS: solid bleached sulfate), 미표백 크라프트(kraft), 및 접는 박스보드(FBB: folding boxboard)가 있다. 일 예에서, 내부 판지 기재(110) 및 외부 판지 기재(120)는 18pt, 185lb/3000ft2 TruServ™ Cupstock을 포함할 수 있다. 일 예에서, 바닥 벽(104)은 13pt, 150lb/3000ft2, TruServ™ Cupstock을 포함할 수 있다. 일 예에서, 바닥 벽(104)은 11pt, 140lb/3000ft2, TruServ™ Cupstock을 포함할 수 있다.
도 2는 판지 용기(100)의 측벽(102)의 단면도의 예시적인 실시예를 도시한다. 일 예에서, 측벽(102)은 내부 판지 기재(110) 및 외부 판지 기재(120)로 구성된다. 내부 판지 기재(110)는 제1 수성 차단 코팅(130)으로 코팅될 수 있다. 제1 수성 차단 코팅(130)은 내부 판지 기재(110)의 내부 표면(112) 위에 위치할 수 있다. 외부 판지 기재(120)는 제2 수성 차단 코팅(140)으로 코팅될 수 있다. 제2 수성 차단 코팅(140)은 외부 판지 기재(120)의 내부 표면(122) 위에 위치된다. 일 예에서, 제1 수성 차단 코팅(130)은 열 밀봉 가능하다. 가열되면, 열 밀봉 가능한 코팅은 이것이 접촉하는 제품의 다른 영역에 접착력을 제공한다.
접착제(150)는 내부 판지 기재(110)와 외부 판지 기재(120) 사이에 위치할 수 있다. 접착제(150)는 내부 판지 기재(110)와 외부 판지 기재(120)를 결합하도록 구성될 수 있다. 일 예에서, 접착제(150)는 글루(glue)이다. 접착제(150)는 내부 판지 기재(110)의 외부 표면(114)을 따라 대략 원형 방울로 적용될 수 있다. 일 예에서, 접착제(150)는 내부 판지 기재(110)의 외부 표면(114)을 따라 단일 층으로서 적용될 수 있다.
제1 수성 차단 코팅(130) 및 제2 수성 차단 코팅(140)은 안료 및 바인더를 포함할 수 있다. 한 표현에서, 바인더 대 안료의 비율은 중량 기준으로 약 1:2 이상일 수 있다. 또 다른 표현에서, 바인더 대 안료의 비율은 중량 기준으로 약 1:2 내지 약 9:1일 수 있다. 또 다른 표현에서, 바인더 대 안료의 비율은 중량 기준으로 약 1:1 내지 약 4:1일 수 있다. 또 다른 표현에서, 바인더 대 안료의 비율은 중량 기준으로 적어도 약 1:1 이상일 수 있다.
일 예에서, 상기 안료는 탄산칼슘(CaCO3) 안료를 포함할 수 있다. 일 예에서, CaCO3 안료는 입자의 약 60%가 2㎛ 미만인 입도분포를 갖는 거친 분쇄의 CaCO3일 수 있다. 일 예에서, CaCO3 안료는 입자의 약 90%가 2㎛ 미만인 입도분포를 갖는 미세 분쇄의 CaCO3일 수 있다. 일 예에서, CaCO3 안료는 평균 입자 크기가 약 0.4㎛인 미세 분쇄의 CaCO3일 수 있다. 일 예에서 상기 안료는 종횡비(aspect ratio)가 높은 판상 점토일 수 있다. 일 예에서, 제1 수성 차단 코팅(130) 및 제2 수성 차단 코팅(140)은 탄산칼슘 안료와 점토 안료의 조합을 포함하는 본 명세서에 기재된 안료의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 바인더는 약 30℃의 유리전이온도(Tg)를 갖는 수성 아크릴 에멀젼 중합체일 수 있다. 일 예에서, 상기 바인더는 약 8℃의 Tg를 갖는 수성 스티렌-아크릴 라텍스 중합체일 수 있다. 하나의 일반적이고 비제한적인 예로서, 상기 바인더는 스티렌-아크릴레이트(SA)일 수 있다. 다른 일반적이고 비제한적인 예로서, 상기 바인더는 스티렌-아크릴레이트(SA)를 포함하는 바인더의 혼합물일 수 있다. 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 에틸렌 아크릴산(EAA), 폴리비닐 아세테이트(PVAC), 폴리비닐 아크릴, 폴리에스테르 분산액 및 이들의 조합과 같은 다른 수성 바인더도 고려된다.
일 예에서, 제1 및 제2 수성 차단 코팅(130, 140)은 각각, 제1층(130A, 140A)(도 2 참조)에 대해 코트 중량(coat weight)이 약 6.0 lb/3msf 내지 약 10.0 lb/3msf 범위, 예컨대 약 7.5 lb/3msf 내지 약 7.8 lb/3msf이고, 제2층(130B, 140B)에 대해(도 2 참조) 코트 중량이 약 2.0 lb/3msf 내지 약 6.0 lb/3msf 범위, 예컨대 약 2.8 lb/3msf 내지 약 5.0 lb/3msf인 2층 차단 코팅을 갖는다. 일 예에서, 바닥 벽(104)은 약 9 lb/3msf 내지 약 12.5 lb/3msf 범위의 제1층 코트 중량을 갖는다. 일 예에서, 바닥 벽(104)은 약 2.1 lb/3msf 내지 약 5.1 lb/3msf 범위의 제2층 코트 중량을 갖는다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 3개 이상의 층이 또한 사용될 수 있다.
도 3은 측벽(102)의 이중벽 판지 구조의 예시적인 단면도를 도시한다. 일 예에서, 측벽(102)은 내부 판지 기재(110) 및 외부 판지 기재(120)로 구성된다. 내부 판지 기재(110)는 제1 수성 차단 코팅(130)으로 코팅될 수 있다. 제1 수성 차단 코팅(130)은 내부 판지 기재(110)의 내부 표면(112) 위에 위치할 수 있다. 외부 판지 기재(120)는 제2 수성 차단 코팅(140)으로 코팅될 수 있다. 제2 수성 차단 코팅(140)은 외부 판지 기재(120)의 내부 표면(122) 위에 위치할 수 있다. 일 예에서, 제1 수성 차단 코팅(130)은 열 밀봉 가능하다. 가열되는 경우, 열 밀봉 가능 코팅은 이것이 접촉하는 제품의 다른 영역에 접착력을 제공한다.
탑 코트 층(top coat layer)(160)은 하나 이상의 코팅기(coater)와 같은 임의의 적절한 방법을 사용하여 외부 판지 기재(120)의 외부 표면(124)에 적용될 수 있다. 탑 코트 층(160)은 바인더 및 안료를 포함할 수 있다. 제1 수성 차단 코팅(130) 및 제2 수성 차단 코팅(140)에 유용한 안료 및 바인더는 또한 탑 코트 층(160)에 사용될 수 있다. 일 예에서, 탑 코트 층(160)에서 바인더 대 안료의 중량 비율은 약 1:1 내지 약 1:10일 수 있다. 하나의 예에서, 탑 코트 층(160)에서 바인더와 안료의 중량 비율은 약 1:2 내지 약 1:8일 수 있다. 하나의 예에서 탑 코트 층(160)에서 바인더와 안료의 중량 비율은 약 1:2.5 내지 약 1:5일 수 있다.
접착제(150)는 내부 판지 기재(110)와 외부 판지 기재(120) 사이에 위치할 수 있다. 접착제(150)는 내부 판지 기재(110)와 외부 판지 기재(120)를 결합하도록 구성될 수 있다. 일 예에서, 접착제(150)는 글루이다. 접착제(150)는 내부 판지 기재(110)의 외부 표면(114)을 따라 대략 원형 방울로 적용될 수 있다. 일 예에서, 접착제(150)는 내부 판지 기재(110)의 외부 표면(114)을 따라 단일 층으로서 적용될 수 있다.
도 4는 측벽(102)의 이중벽 판지 구조의 예시적인 단면도를 도시한다. 일 예에서, 측벽(102)은 내부 판지 기재(110) 및 외부 판지 기재(120)로 구성된다. 내부 판지 기재(110)는 제1 수성 차단 코팅(130)으로 코팅될 수 있다. 제1 수성 차단 코팅(130)은 내부 판지 기재(110)의 내부 표면(112) 위에 위치할 수 있다. 외부 판지 기재(120)는 제2 수성 차단 코팅(140)으로 코팅될 수 있다. 제2 수성 차단 코팅(140)은 외부 판지 기재(120)의 내부 표면(124)의 위에 위치할 수 있다. 일 예에서, 제1 수성 차단 코팅(130)은 열 밀봉 가능하다.
탑 코트 층(160)이 하나 이상의 코팅기와 같은 임의의 적절한 방법을 사용하여 외부 판지 기재(120)의 외부 표면(124)의 제2 수성 차단 코팅(140) 위에 적용될 수 있다. 탑 코트 층(160)은 바인더 및 안료를 포함할 수 있다. 제1 수성 차단 코팅(130) 및 제2 수성 차단 코팅(140)에 유용한 안료 및 바인더는 또한 탑 코트 층(160)에 사용될 수 있다. 일 예에서, 탑 코트 층(160)에서 바인더 대 안료의 중량 비율은 약 1:1 내지 약 1:10일 수 있다. 하나의 예에서, 탑 코트 층(160)에서 바인더와 안료의 중량 비율은 약 1:2 내지 약 1:8일 수 있다. 하나의 예에서 탑 코트 층(160)에서 바인더와 안료의 중량비는 약 1:2.5 내지 약 1:5일 수 있다.
접착제(150)는 내부 판지 기재(110)와 외부 판지 기재(120) 사이에 위치할 수 있다. 접착제(150)는 내부 판지 기재(110)를 외부 판지 기재(120)와 결합하도록 구성될 수 있다. 일 예에서, 접착제(150)는 글루이다. 접착제(150)는 내부 판지 기재(110)의 외부 표면(114)을 따라 대략 원형 방울로 적용될 수 있다. 일 예에서, 접착제(150)는 내부 판지 기재(110)의 외부 표면(114)을 따라 단일 층으로서 적용될 수 있다.
도 5는 측벽(102)의 이중벽 판지 구조의 예시적인 단면도를 도시한다. 일 예에서, 측벽(102)은 내부 판지 기재(110)와 외부 판지 기재(120)로 구성된다. 내부 판지 기재(110)는 제1 수성 차단 코팅(130)으로 코팅될 수 있다. 제1 수성 차단 코팅(130)은 내부 판지 기재(110)의 내부 표면(112)을 따라 그 위에 위치된 제1 베이스 코팅(170) 위에 적용되어 내부 판지 기재(110)와 제1 수성 차단 코팅(130) 사이에 제1 베이스 코팅(170)이 위치될 수 있다. 외부 판지 기재(120)는 제2 수성 차단 코팅(140)으로 코팅될 수 있다. 제2 수성 차단 코팅(140)은 외부 판지 기재(120)의 내부 표면(122)을 따라 그 위에 위치된 제2 베이스 코팅(180) 위에 적용되어 외부 판지 기재(120)와 제2 수성 차단 코팅(140) 사이에 제2 베이스 코팅(180)이 위치될 수 있다. 일 예에서, 제1 수성 차단 코팅(130)은 열 밀봉 가능하다.
제1 베이스 코팅(170) 및 제2 베이스 코팅(180)은 하나 이상의 코팅기와 같은 적절한 방법에 의해 적용될 수 있다. 제1 베이스 코팅(170) 및 제2 베이스 코팅(180)은 제1 수성 차단 코팅(130) 및 제2 수성 차단 코팅(140)과 유사한 성분, 즉 바인더 및 안료를 포함할 수 있다. 그러나 일 예에서, 그 비율은 상이할 수 있다. 즉, 베이스 코팅에서 바인더 대 안료의 비율은 중량 기준으로 약 15:100 내지 약 45:100일 수 있다.
접착제(150)는 내부 판지 기재(110)와 외부 판지 기재(120) 사이에 위치할 수 있다. 접착제(150)는 내부 판지 기재(110)를 외부 판지 기재(120)와 결합하도록 구성될 수 있다. 일 예에서, 접착제(150)는 글루이다. 접착제(150)는 내부 판지 기재(110)의 외부 표면(114)을 따라 대체로 원형 방울로 적용될 수 있다. 일 예에서, 접착제(150)는 내부 판지 기재(110)의 외부 표면(114)을 따라 단일 층으로서 적용될 수 있다.
도 6은 측벽(102)의 이중벽 판지 구조의 예시적인 단면도를 도시한다. 일 예에서, 측벽(102)은 내부 판지 기재(110) 및 외부 판지 기재(120)로 구성된다. 내부 판지 기재(110)는 제1 수성 차단 코팅(130)으로 코팅될 수 있다. 제1 수성 차단 코팅(130)은 내부 판지 기재(110)의 내부 표면(112)을 따라 그 위에 위치된 제1 베이스 코팅(170) 위에 적용되어 내부 판지 기재(110)와 제1 수성 차단 코팅(130) 사이에 제1 베이스 코팅(170)이 위치될 수 있다. 외부 판지 기재(120)는 제2 수성 차단 코팅(140)으로 코팅될 수 있다. 제2 수성 차단 코팅(140)은 외부 판지 기재(120)의 내부 표면(122)을 따라 그 위에 위치된 제2 베이스 코팅(180) 위에 적용되어 외부 판지 기재(120)와 제2 수성 차단 코팅(140) 사이에 제2 베이스 코팅(180)이 위치될 수 있다. 일 예에서, 제1 수성 차단 코팅(130)은 열 밀봉 가능하다.
제1 베이스 코팅(170) 및 제2 베이스 코팅(180)은 하나 이상의 코팅기와 같은 적절한 방법에 의해 적용될 수 있다. 제1 베이스 코팅(170) 및 제2 베이스 코팅(180)은 제1 수성 차단 코팅(130) 및 제2 수성 차단 코팅(140)과 유사한 성분, 즉 바인더 및 안료를 포함할 수 있다. 그러나 일 예에서, 그 비율은 상이할 수 있다. 즉, 베이스 코팅에서 바인더 대 안료의 비율은 중량 기준으로 약 15:100 내지 약 45:100일 수 있다.
탑 코트 층(160)은 하나 이상의 코팅기와 같은 임의의 적절한 방법을 사용하여 외부 판지 기재(120)의 외부 표면(124)에 적용될 수 있다. 탑 코트 층(160)은 바인더 및 안료를 포함할 수 있다. 제1 수성 차단 코팅(130) 및 제2 수성 차단 코팅(140)에 유용한 안료 및 바인더는 또한 탑 코트 층(160)에 사용될 수 있다. 일 예에서, 탑 코트 층(160)에서 바인더 대 안료의 비율은 중량 기준으로 약 1:1 내지 약 1:10일 수 있다. 일 예에서, 탑 코트 층(160)에서 바인더와 안료의 비율은 중량 기준으로 약 1:2 내지 약 1:8일 수 있다. 일 예에서, 탑 코트 층(160)에서 바인더와 안료의 비율은 약 1:2.5 내지 약 1:5일 수 있다.
접착제(150)는 내부 판지 기재(110)와 외부 판지 기재(120) 사이에 위치할 수 있다. 접착제(150)는 내부 판지 기재(110)를 외부 판지 기재(120)와 결합하도록 구성될 수 있다. 일 예에서, 접착제(150)는 글루이다. 접착제(150)는 내부 판지 기재(110)의 외부 표면(114)을 따라 대체로 원형 방울로 적용될 수 있다. 일 예에서, 접착제(150)는 내부 판지 기재(110)의 외부 표면(114)을 따라 단일 층으로서 적용될 수 있다.
도 7은 방법(200)의 흐름도를 도시한다. 방법(200)은 제1 수성 차단 코팅(130)으로 코팅된 내부 판지 기재(110)와 제2 수성 차단 코팅(140)으로 코팅된 외부 판지 기재(120)를 갖는 이중벽 컵을 제조하는 예를 개시한다. 일 예에서, 방법(200)은 내부 판지 기재(110)로 컵 구조물을 성형하는 단계(210)를 포함한다. 일 예에서, 방법(200)은 상기 컵 구조물에 접착제(150)를 적용하는 단계(220)를 포함한다. 접착제(150)는 내부 판지 기재(110)를 외부 판지 기재(120)와 결합하도록 구성될 수 있다. 일 예에서, 접착제(150)는 글루이다. 접착제(150)는 내부 판지 기재(110)의 외부 표면(114)을 따라 대체로 원형 방울로 적용될 수 있다. 일 예에서, 접착제(150)는 내부 판지 기재(110)의 외부 표면(114)을 따라 단일 층으로서 적용될 수 있다.
일 예에서, 방법(200)은 상기 컵 구조물을 외부 판지 기재(120)로 덧싸는 단계(230)를 포함한다. 방법(200)의 내부 판지 기재(110)는 제1 수성 차단 코팅(130)으로 코팅될 수 있다. 제1 수성 차단 코팅(130)은 내부 판지 기재(110)의 내부 표면(112)을 따라 그 위에 위치된 제1 베이스 코팅(170) 위에 적용되어 내부 판지 기재(110)와 제1 수성 차단 코팅(130) 사이에 제1 베이스 코팅(170)이 위치될 수 있다. 외부 판지 기재(120)는 제2 수성 차단 코팅(140)으로 코팅될 수 있다. 제2 수성 차단 코팅(140)은 외부 판지 기재(120)의 내부 표면(122)을 따라 그 위에 위치된 제2 베이스 코팅(180) 위에 적용되어 외부 판지 기재(120)와 제2 수성 차단 코팅(140) 사이에 제2 베이스 코팅(180)이 위치될 수 있다. 예를 들어, 제1 수성 차단 코팅(130)은 열 밀봉 가능하다.
제1 베이스 코팅(170) 및 제2 베이스 코팅(180)은 하나 이상의 코팅기와 같은 적절한 방법에 의해 적용될 수 있다. 제1 베이스 코팅(170) 및 제2 베이스 코팅(180)은 제1 수성 차단 코팅(130) 및 제2 수성 차단 코팅(140)과 유사한 성분, 즉 바인더 및 안료를 포함할 수 있다. 그러나 일 예에서, 그 비율은 상이할 수 있다. 즉, 베이스 코팅에서 바인더 대 안료의 비율은 중량 기준으로 약 15:100 내지 약 45:100일 수 있다.
탑 코트 층(160)은 하나 이상의 코팅기와 같은 임의의 적절한 방법을 사용하여 외부 판지 기재(120)의 외부 표면(124)에 적용될 수 있다. 탑 코트 층(160)은 바인더 및 안료를 포함할 수 있다. 제1 수성 차단 코팅(130) 및 제2 수성 차단 코팅(140)에 유용한 안료 및 바인더는 또한 탑 코트 층(160)에 사용될 수 있다. 일 예에서, 탑 코트 층(160)에서 바인더 대 안료의 비율은 중량 기준으로 약 1:1 내지 약 1:10일 수 있다. 일 예에서, 탑 코트 층(160)에서 바인더와 안료의 중량비는 약 1:2 내지 약 1:8일 수 있다. 일 예에서, 탑 코트 층(160)에서 바인더와 안료의 중량비는 약 1:2.5 내지 약 1:5일 수 있다.
이 시점에서, 통상의 기술자는 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 바닥 벽(104)을 형성하기 위해 다양한 층이 본 명세서에 기술된 다양한 판지 구조물에 통합될 수 있음을 이해할 것이다.
실험적 예
본 명세서에 설명된 바와 같은 수성 차단 코팅으로 코팅된 2개의 판지 기재를 갖는 이중벽 구조의 사용을 평가하기 위해 실험을 수행하였다. 3개의 차단 코팅제(BC-1, BC-2 및 BC-3)와 하나의 비차단 코팅제(NBC-1)를 준비하여 실험에 사용하였다. 실험에서 수성 차단 코팅에 사용된 원료는 표 1에 제시되어 있다. 표 1의 안료 및 바인더의 양을 포함하는, 실험에 사용된 수성 차단 코팅제가 표 2에 제시되어 있다. 실험에서 사용된 판지 조립체가 표 3에 제시되어 있다. 실험에서 사용 및 시험된 용기 샘플은 표 4에 제시되어 있다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
수성 차단 코팅물의 다양한 제제가 18pt, 13pt 및 11pt 고체 표백 황산염(SBS) 컵스톡 또는 판지에 적용되었다. 실험에 사용된 다양한 수성 차단 코팅물은 블레이드 코팅기(blade coater)에 의해 적용되었다. 표 4의 기본 컵은 페이퍼 머시너리 코포레이션(Paper Machinery Corporation)에서 제조한 파일럿 컵 성형기(PMC 모델 1250)로 제작되었다.
덧싸기 절차는 다음 조건에서 수행되었다. 먼저, 파일럿 컵 성형기(PMC 모델 1250)에서 기본 단일 벽 컵을 만들었다. 그런 다음 일부 컵이 컵 측벽 블랭크와 유사한 모양으로 미리 절단된 코팅 또는 코팅되지 않은 판지 조각을 사용하여 손으로 포장되었다. 덧싸기가 시작된 상기 기본 컵 측벽의 상단, 중간 및 하단에 각각 기존의 핫멜트 접착제를 소량 떨어뜨렸다. 그런 다음, 상기 덧싸기의 윗면을 컵 테두리 아래에 정렬하고, 접착제 지점에 압력을 가하여 접착제를 고정했다. 그런 다음, 두 개의 작은 핫멜트 접착제 방울을 시작점으로부터 약 45°(또는 원의 1/8) 떨어진 컵 측벽의 상단과 하단에 적용한 다음, 접착제 지점에서 덧싸기에 압력을 가하여 접착제를 고정했다. 경우에 따라서는, 첫 번째 3방울 접착제 패턴과 유사하게 중간 위치에 여분의 접착제 한 방울을 적용했다. 덧싸기가 기본 컵 주위를 완전히 감쌀 때까지 위의 단계를 반복하여 이중벽 또는 덧싸기 컵을 형성했다. 따라서, 기본 컵과 외벽 사이에 총 18~24개의 분리된 접착제 지점을 배치하여 약 0.5~1mm의 공극을 두고 상기 덧싸기를 고정했다.
각각의 실시 예에서 코팅물의 물 차단 효과는 23℃ 물을 사용하여 물 콥(Cobb)((TAPPI 표준 T441 OM-04)에 의해 30분당 g/m2로 평가되었다. 즉, 상기 Cobb 시험은 30분 후에 얼마나 많은 물이 흡수되는지를 결정한다. 다음 시험 조건을 통해 수증기 차단 특성을 시험 및 평가했다: 38℃ 및 90% 상대 습도 조건에서 WVTR(수증기 투과율)(TAPPI 표준 T464 OM-12). 컵 액체 저항성 시험은 Coca-ColaTM로 수행되었다. Coca-ColaTM, 오리지널, ~4℃를 12 액량 온스 캔으로부터 실시 예 및 대조군 시험 컵에 컵 테두리 아래 약 10mm 수준까지 부었다. 그런 다음, Coca-ColaTM가 담긴 컵을 49℃ 및 50% 상대 습도로 미리 설정된 환경 챔버에 넣었다. 4시간 후, 컵을 비운 다음 즉시 얼룩, 누출 및 손상에 대해 평가했다.
한 양태에서, 본 설명의 코팅된 판지는 500g/㎡/일 미만의 수증기 투과율을 갖는다. 또 다른 양태에서, 본 발명의 코팅된 판지는 400g/㎡/일 미만의 수증기 투과율을 갖는다. 또 다른 양태에서, 본 발명의 코팅된 판지는 300g/㎡/일 미만의 수증기 투과율을 갖는다. 또 다른 양태에서, 본 발명의 코팅된 판지는 200g/㎡/일 미만의 수증기 투과율을 갖는다. 상기 수증기 차단은 TAPPI 표준 T464 OM-12에 따라 38℃ 및 90% 상대 습도에서 WVTR(수증기 투과율)로 평가된다.
각각의 대조군 및 실시 예는 측벽(102)의 내부, 또는 펠트, 벽 및 외부, 또는 와이어, 벽 위의 얼룩의 양을 비교하기 위해 실험의 마지막에 사진을 찍었다. 도 8에서와 같이, 대조군 1(덧싸기가 없는 기본 컵) 및 대조군 2(코팅되지 않은 판지 덧싸기를 가진 기본 컵) 둘 다 컵의 내부 벽에 상당한 얼룩을 보여주었다. 그러나 대조군 1은 ScotchTM 테이프 조각이 외부 벽에 놓인 직사각형 섹션에서 얼룩을 보여주지 않았다. 대조군 1 및 대조군 2와 동일한 기본 컵을 사용하지만 제1 수성 차단 코팅층(BC-1) 및 제2 수성 차단 코팅층(BC-1)을 갖는 코팅된 판지 측벽(SW)-1을 사용하는 추가 덧싸기를 가지는 실시 예 1은 도 8에 도시된 바와 같이 육안 검사에서 현저하게 적은 얼룩을 보여주었다.
도 9는 대조군 1의 외부 표면(114)과 대조군 2 및 실시 예 1의 외부 표면(124) 상에 나타난 얼룩의 양을 예시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 대조군 1은 테이프를 붙인 섹션 내가 아니라 테이프를 붙인 섹션을 둘러싸는 외부 표면(114)을 따라 상당한 얼룩이 나타났다. 대조군 2 및 실시 예 1은 각각의 외부 표면(124)에 최소 또는 전혀 얼룩이 없음을 보여준다. 도 10은 측벽(SW)-3의 덧싸기를 갖는 실시 예 2 및 실시 예 3의 육안 검사 결과를 도시하며, 둘 다 육안 검사에서 내부 표면에 최소 얼룩을 보였다. 대조군 시험에서와 같이, 덧싸기가 없는 실시 예 2의 기본 컵은 컵의 내부 표면과 외부 표면 모두에서 상당한 얼룩을 보였다. 또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 실시 예 2에서 컵의 바닥을 따라 보통의 얼룩이 발생했지만 실시 예 3에서는 컵의 바닥을 따라 얼룩이 발생하지 않거나 최소한으로 발생했으며, 이는 양면에 차단 코팅을 갖는 실시 예 3의 컵 바닥 스톡(BS)-2 때문일 가능성이 있으며, 따라서 액체 흡수 및 투과를 감소시킨다.
개시된 열 밀봉 가능한 판지 구조 및 관련 판지-기반 용기의 다양한 양태가 도시되고 설명되었지만, 본 명세서를 읽으면서 통상의 기술자에게 어떤 변경이 떠오를 수 있다. 본 출원은 이러한 변경을 포함하며 첨부된 청구 범위에 의해서만 제한된다.

Claims (55)

  1. 코팅된 판지 용기로서,
    내부 판지 기재;
    외부 판지 기재;
    상기 내부 판지 기재 위에 위치한 제1 수성 차단 코팅; 및
    상기 외부 판지 기재 위에 위치한 제2 수성 차단 코팅을 포함하는, 코팅된 판지 용기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 판지 기재 및 상기 외부 판지 기재가 접착제로 결합되는, 코팅된 판지 용기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내부 판지 기재와 상기 제1 수성 차단 코팅 사이에 위치된 제1 베이스 코팅을 포함하는, 코팅된 판지 용기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외부 판지 기재와 상기 제2 수성 차단 코팅 사이에 위치된 제2 베이스 코팅을 포함하는, 코팅된 판지 용기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 수성 차단 코팅이 상기 외부 판지 기재의 내부 표면 위에 위치하는, 코팅된 판지 용기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 수성 차단 코팅이 상기 외부 판지 기재의 외부 표면 위에 위치하는, 코팅된 판지 용기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수성 차단 코팅이 상기 내부 판지 기재의 내부 표면 위에 위치하는, 코팅된 판지 용기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 외부 판지 기재의 외부 표면 위에 위치된 탑 코트 층을 포함하는, 코팅된 판지 용기.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제2 수성 차단 코팅 위에 위치된 탑 코트 층을 포함하는, 코팅된 판지 용기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 외부 판지 기재는 고체 표백된 황산염(SBS: solid bleached sulfate)을 포함하는, 코팅된 판지 용기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 내부 판지 기재는 고체 표백된 황산염(SBS)을 포함하는, 코팅된 판지 용기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 외부 판지 기재는 약 140 lb/3000ft2 내지 약 185 lb/3000ft2 범위의 기본 중량(basis weight)을 갖는, 코팅된 판지 용기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 판지 기재는 약 120 lb/3000ft2 내지 약 200 lb/3000ft2 범위의 기본 중량을 갖는, 코팅된 판지 용기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수성 차단 코팅은 제1층 및 제2층을 포함하고,
    상기 제2 수성 차단 코팅은 제1층 및 제2층을 포함하는, 코팅된 판지 용기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 수성 차단 코팅의 상기 제1층은 약 6.0 lb/3msf 내지 약 10.0 lb/3msf 범위의 코트 중량(coat weight)을 갖고,
    상기 제2 수성 차단 코팅의 상기 제1층은 약 6.0 lb/3msf 내지 약 10.0 lb/3msf 범위의 코트 중량을 갖는, 코팅된 판지 용기.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 수성 차단 코팅의 상기 제1층은 약 7.5 lb/3msf 내지 약 7.8 lb/3msf 범위의 코트 중량을 갖고,
    상기 제2 수성 차단 코팅의 상기 제1층은 약 7.5 lb/3msf 내지 약 7.8 lb/3msf 범위의 코트 중량을 갖는, 코팅된 판지 용기.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제1 수성 차단 코팅의 상기 제2층은 약 2.0 lb/3msf 내지 약 6.0 lb/3msf 범위의 코트 중량을 갖고,
    상기 제2 수성 차단 코팅의 상기 제2층은 약 2.0 lb/3msf 내지 약 6.0 lb/3msf 범위의 코트 중량을 갖는, 코팅된 판지 용기.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제1 수성 차단 코팅의 상기 제2층은 약 2.8 lb/3msf 내지 약 5.0 lb/3msf 범위의 코트 중량을 갖고,
    상기 제2 수성 차단 코팅의 상기 제2층은 약 2.8 lb/3msf 내지 약 5.0 lb/3msf 범위의 코트 중량을 갖는, 코팅된 판지 용기.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수성 차단 코팅이 바인더 및 안료를 포함하는, 코팅된 판지 용기.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 제2 수성 차단 코팅이 바인더 및 안료를 포함하는, 코팅된 판지 용기.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 바인더가 스티렌-아크릴레이트를 포함하는, 코팅된 판지 용기.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 바인더가 스티렌-아크릴레이트를 포함하는, 코팅된 판지 용기.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 안료가 카올린 점토를 포함하는, 코팅된 판지 용기.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 안료가 카올린 점토를 포함하는, 코팅된 판지 용기.
  25. 제19항에 있어서,
    상기 안료가 CaCO3를 포함하는, 코팅된 판지 용기.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 안료가 CaCO3를 포함하는, 코팅된 판지 용기.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 내부 판지 기재 및 상기 외부 판지 기재는 최대 약 3.8 g/m2의 30분-물-콥(Cobb) 등급을 갖는, 코팅된 판지 용기.
  28. 제1항에 있어서,
    상기 내부 판지 기재 및 상기 외부 판지 기재는 최대 약 4.8 g/m2의 30분-물-콥 등급을 갖,는 코팅된 판지 용기.
  29. 제1항에 있어서,
    상기 내부 판지 기재 및 상기 외부 판지 기재는 최대 약 5.2 g/m2의 30분-물-콥 등급을 갖는, 코팅된 판지 용기.
  30. 제1항에 있어서,
    상기 내부 판지 기재 및 상기 외부 판지 기재는 최대 약 10.0 g/m2의 30분-물-콥 등급을 갖는, 코팅된 판지 용기.
  31. 제1항에 있어서,
    상기 내부 판지 기재 및 상기 외부 판지 기재는 최대 약 200 g/m2-일의 수증기 투과율을 갖는, 코팅된 판지 용기.
  32. 제1항에 있어서,
    상기 내부 판지 기재 및 상기 외부 판지 기재는 최대 약 300 g/m2-일의 수증기 투과율을 갖는, 코팅된 판지 용기.
  33. 제1항에 있어서,
    상기 내부 판지 기재 및 상기 외부 판지 기재는 최대 약 400 g/m2-일의 수증기 투과율을 갖는, 코팅된 판지 용기.
  34. 제1항에 있어서,
    상기 내부 판지 기재 및 상기 외부 판지 기재는 최대 약 500 g/m2-일의 수증기 투과율을 갖는, 코팅된 판지 용기.
  35. 제1 수성 차단 코팅으로 코팅된 내부 판지 기재 및 제2 수성 차단 코팅으로 코팅된 외부 판지 기재를 갖는 이중벽 컵을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은:
    상기 내부 판지 기재로 컵 구조물을 성형하는 단계;
    상기 컵 구조물에 접착제를 적용하는 단계; 및
    상기 외부 판지 기재로 상기 컵 구조물을 덧싸기(overwrapping) 하는 단계를 포함하는, 이중벽 컵의 제조 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 접착제는 글루(glue)인, 이중벽 컵의 제조 방법.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 내부 판지 기재는 고체 표백된 황산염(SBS)을 포함하는, 이중벽 컵의 제조 방법.
  38. 제35항에 있어서,
    상기 외부 판지 기재는 고체 표백된 황산염(SBS)을 포함하는, 이중 벽 컵의 제조 방법.
  39. 제35항에 있어서,
    상기 제1 수성 차단 코팅이 바인더 및 안료를 포함하는, 이중벽 컵의 제조 방법.
  40. 제35항에 있어서,
    상기 제2 수성 차단 코팅이 바인더 및 안료를 포함하는, 이중벽 컵의 제조 방법.
  41. 제39항에 있어서,
    상기 바인더가 스티렌-아크릴레이트를 포함하는, 이중벽 컵의 제조 방법.
  42. 제40항에 있어서,
    상기 바인더가 스티렌-아크릴레이트를 포함하는, 이중벽 컵의 제조 방법.
  43. 제35항에 있어서,
    상기 제2 수성 차단 코팅이 상기 외부 판지 기재의 내부 표면 위에 위치하는, 이중벽 컵의 제조 방법.
  44. 제35항에 있어서,
    상기 제2 수성 차단 코팅이 상기 외부 판지 기재의 외부 표면 위에 위치하는, 이중벽 컵의 제조 방법.
  45. 제35항에 있어서,
    상기 제1 수성 차단 코팅이 상기 내부 판지 기재의 내부 표면 위에 위치하는, 이중벽 컵의 제조 방법.
  46. 이중벽 컵으로서,
    내부 판지 기재;
    외부 판지 기재;
    상기 내부 판지 기재 위에 위치된 제1 수성 차단 코팅;
    상기 외부 판지 기재 위에 위치된 제2 수성 차단 코팅; 및
    상기 내부 판지 기재와 상기 외부 판지 기재 사이에 위치한 접착제를 포함하는, 이중벽 컵.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 내부 판지 기재와 상기 제1 수성 차단 코팅 사이에 위치된 제1 베이스 코팅을 포함하는, 이중벽 컵.
  48. 제46항에 있어서,
    상기 외부 판지 기재와 상기 제2 수성 차단 코팅 사이에 위치된 제2 베이스 코팅을 포함하는, 이중벽 컵.
  49. 제46항에 있어서,
    상기 제2 수성 차단 코팅이 상기 외부 판지 기재의 내부 표면 위에 위치하는, 이중벽 컵.
  50. 제46항에 있어서,
    상기 제2 수성 차단 코팅이 상기 외부 판지 기재의 외부 표면 위에 위치하는, 이중벽 컵.
  51. 제46항에 있어서,
    상기 제1 수성 차단 코팅이 상기 내부 판지 기재의 내부 표면 위에 위치하는, 이중벽 컵.
  52. 제46항에 있어서,
    상기 외부 판지 기재의 외부 표면 위에 위치된 탑 코트 층을 포함하는, 이중벽 컵.
  53. 제46항에 있어서,
    상기 제2 수성 차단 코팅 위에 위치된 탑 코트 층을 포함하는, 이중벽 컵.
  54. 제46항에 있어서,
    상기 외부 판지 기재는 고체 표백된 황산염(SBS)을 포함하는, 이중벽 컵.
  55. 제46항에 있어서,
    상기 내부 판지 기재는 고체 표백된 황산염(SBS)을 포함하는, 이중벽 컵.
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