KR20240012441A - 포장 재료로서 사용하기 위한 코팅지 - Google Patents

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아르민 니더후버
시몬 그라보트
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네나 게쓰너 게엠바하
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Abstract

본 발명은 셀룰로오스층 및 상기 셀룰로오스층의 적어도 일면 상에 코팅을 포함하고, 상기 코팅은 왁스 및 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에스테르, 폴리사카라이드 에테르 및 폴리사카라이드 에테르 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리머를 포함하는, 바람직하게 열-밀봉 가능한 코팅지, 상기 코팅지를 포함하는 포장재, 및 코팅지의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

포장 재료로서 사용하기 위한 코팅지
본 발명은 코팅지(coated paper), 상기 코팅지를 포함하는 포장재 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
플라스틱은 그 저비용 및 내구성으로 인하여 다양한 산업적 제품 생산을 위한 지배적인 물질이 되었다. 일회용 플라스틱은 쓰고 버려지기 전에 1회만 사용된다. 포장 재료는 전형적으로 일회용 플라스틱으로 만들어진다. 플라스틱 생산량을 감소시키지 위하여, 일회용 플라스틱 금지가 제안되었다.
포장 재료로서 플라스틱 필름의 사용은 그것이 물건의 외형에 따라 접힐 수 있고 그 다음 열-밀봉될 수 있다는 점에 이로운 것으로 간주되었다.
플라스틱 필름을 코팅지로 대체하는 것이 제안되었다. 그러나, 충분한 열-밀봉성(heat-sealability) 및 원하는 소수성 및 장벽 특성을 얻기 위하여, 그러한 코팅지의 코팅은 다양한 생태학적으로 바람직하지 않은 성분들을 포함하여, 전형적인 코팅지를 지속 가능하지 않은 공산품이 되게 한다.
EP 2 777 934 A1은 종이 베이스 물질상에 배치되는 복수의 코팅층을 포함하는 종이 기반 장벽 포장 재료에 관한 것으로, 상기 복수의 코팅층은 종이 베이스 물질상에 수증기 장벽층 및 상기 수증기 장벽층상에 형성된 기체 장벽층을 포함한다. 이들 각각의 코팅층에서, 수용성 또는 수-현탁 가능 폴리머가 바인더 수지로서 사용된다. 수증기 장벽층의 바인더 수지는 예를 들어 폴리비닐 알코올계 수지, 스티렌-부타디엔계 수지 또는 아크릴 코폴리머계 수지일 수 있다.
WO 94/25511 A1은 적어도 일 표면상에 코팅층을 가지는 기판층을 포함하고, 상기 코팅층은 그 멀리 떨어진 표면 위에 유연성 접착층을 가지는, 복합 시트에 관한 것이다. 상기 접착층은 스티렌-부타디엔 코폴리머를 포함한다. 상기 복합 시트는, 특히 열-밀봉 가능한, 바람직하게 폴리에틸렌층에 라미네이트될 때, 포장 필름으로 사용하기 적합한 것으로 기재된다.
WO 2016/170229 A1은 베이스 페이퍼보드 및 적어도 제1 프리코팅층 및 상기 베이스 페이퍼보드의 적어도 제1 표면상에 적어도 두개의 연속 코팅층을 포함하는 코팅 페이퍼보드에 관한 것으로, 상기 제1 프리코팅층은 적어도 무기 미네랄 충전제 입자 및 바인더를 포함하고, 장벽 특성을 가지는 제2 장벽 코팅층이 상기 제1 프리코팅층의 상부에 배열되고, 제2 열-밀봉 가능 코팅층이 상기 제2 코팅층의 상부에 배열되고, 상기 제3 코팅층은 열 밀봉 가능 폴리머, 바람직하게 스티렌-부타디엔 라텍스를 포함한다.
WO 2016/183314 A1은 표면 처리된 수성 폴리머 코팅을 가지는 셀룰로오스계 기판을 포함하는 코팅 기판에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 상기 수성 폴리머 코팅은 코로나 처리를 이용하여 표면 처리된다. 상기 제1 수성 폴리머 코팅은 바람직하게 순수 아크릴 코폴리머, 스티렌-아크릴 코폴리머, 스티렌-부타디엔 코폴리머, 비닐 아크릴 코폴리머, 또는 이의 조합을 포함한다.
WO 2020/216961 A1은 셀룰로오스층 및 상기 셀룰로오스층의 적어도 일면 상에 적어도 코팅을 포함하고, 상기 코팅은 스티렌-부타디엔 코폴리머를 포함하는, 열-밀봉 가능한 코팅지, 상기 코팅지를 포함하는 포장재, 및 상기 코팅지의 제조 방법에 관한 것이다. WO 2020/216961 A1의 코팅지는 왁스를 포함할 수 있고 크레이핑(creped)될 수 있다.
따라서, 더 지속 가능하고 더 친환경인 열-밀봉 가능한 코팅지가 요구된다.
발명의 개요
본 발명의 목적은 일회용 포장재로 사용될 수 있고, 우수한 작업성을 가지고(즉, 용이하게 접힐 수 있고), 초지기(paper machine) 상에서 생산될 수 있는, 친환경 코팅지를 제공하는 것이다. 상기 코팅지는 바람직하게 열-밀봉 가능(heat-sealable)하다.
본 발명자들은 놀랍게도, 왁스 및 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에스테르, 폴리사카라이드 에테르 및 폴리사카라이드 에테르 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리머를 포함하는 코팅을 사용함으로써, 우수한 소수성, 장벽 특성, 작업성 및 열-밀봉성이 달성될 수 있음을 발견하였다.
본 발명의 코팅지의 코팅은 스티렌-부타디엔 코폴리머 또는 스티렌 아크릴 코폴리머와 같이 탄소 단독 백본을 가지는 전형적으로 사용되는 코폴리머의 완전한 대체를 허용한다. 상기 코팅 내에, 스티렌-부타디엔 코폴리머 또는 스티렌 아크릴 코폴리머와 같은 전형적으로 사용되는 열-밀봉 가능 코폴리머 대신, 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에스테르, 폴리사카라이드 에테르 및 폴리사카라이드 에테르 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리머가 사용될 때, 우수한 소수성, 장벽 특성, 작업성 및 열-밀봉성이 놀랍게도 유지된다.
상기 코팅지의 열-밀봉성은 이를 플라스틱 포장에 사용되는 것과 동일한 장치에 사용되기에 적합하게 한다. 따라서, 포장 산업에서, 일회용 플라스틱으로부터 본 발명의 더 친환경적이고 더 지속 가능한 열-밀봉 가능 코팅지로 이동은 추가적인 투자를 필요로 하지 않는다.
본 발명의 추가적인 이점은, 표준 코팅지에 비하여, 상기 코팅이 재생 가능 자원으로부터 생산될 수 있다는 점이다.
따라서, 본 발명은 플라스틱 포장재 및 전형적인 코팅지 포장 재료의 친환경적 대안을 제공한다.
최첨단 코팅기를 사용하는 코팅 공정 중 열-밀봉 기능성이 달성된다. 또한, 상기 코팅지는 기존의 성형, 충전 및 밀봉 포장 라인상에서 잘 수행된다.
본 발명의 코팅지의 추가적인 이점은, 표준 페이퍼에 비하여, 포장의 밀봉 라인 상에서 추가적인 접착 물질의 적용이 필요하지 않다는 점이다. 이는 생산 비용 감소로 이어진다 (즉, 더 단순한 장치).
본 발명에 따른 코팅지는 첨부하는 청구항에 기재되는 코팅을 가지고, 가사 용품 또는 식품과 같은 상이한 제품의 포장재로서 사용될 수 있다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 코팅지의 제조 방법, 및 본 발명에 따른 코팅지를 포함하는 포장재에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 왁스 및 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에스테르, 폴리사카라이드 에테르 및 폴리사카라이드 에테르 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리머를 포함하는 코팅을 사용함으로써, 코팅지의 우수한 소수성, 장벽 특성, 작업성 및 열-밀봉성이 달성될 수 있다.
발명의 상세한 설명
코팅지
제1 측면에 따르면, 본 발명은 셀룰로오스층 및 상기 셀룰로오스층의 적어도 일면 상에 코팅을 포함하고(또는 ~으로 구성되고), 상기 코팅은 왁스 및 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에스테르, 폴리사카라이드 에테르 및 폴리사카라이드 에테르 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리머를 포함하는, 바람직하게 열-밀봉 가능한 코팅지를 제공한다. 본 발명에 따른 코팅지는 바람직하게 생분해성이다.
본 발명의 제1 측면에 따른 코팅지의 바람직한 구현예들은 종속 청구항들의 대상이다.
본 발명의 코팅지가 셀룰로오스층의 일면 상에서만 코팅될 때, 코팅되지 않은 상기 셀룰로오스층의 다른 면은 포장 재료에 대하여 통상적으로 공지된 표준 인쇄 방법을 사용하여 쉽게 인쇄될 수 있다. 따라서, 본 발명의 코팅지는 인쇄된 포장 제품 및 포장 백과 같은 인쇄된 포장 재료의 생산에 적합하다.
본 발명의 코팅지가 셀룰로오스층의 일면 상에서만 왁스 및 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에스테르, 폴리사카라이드 에테르 및 폴리사카라이드 에테르 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리머로 코팅될 때, 상기 셀룰로오스층의 다른 면은 그 후 다른 코팅 조성물로 코팅될 수 있다. 특히, 왁스 및 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에스테르, 폴리사카라이드 에테르 및 폴리사카라이드 에테르 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리머로 코팅되지 않은, 셀룰로오스층의 면은 장벽층 또는 인쇄 가능한 층이 형성될 수 있도록 다른 코팅을 가질 수 있다. 상기 장벽층은 산소, 지방 및 오일 중 적어도 하나에 대하여 우수한 장벽 특성을 가지는 층일 수 있다.
코팅
본 발명의 문맥상 "코팅"은 셀룰로오스층 표면상에 형성되는 필름이다. 상기 코팅은 바람직하게 셀룰로오스층 표면상의 폴리머계 필름, 더 바람직하게 폴리머계 접착 필름, 가장 바람직하게 셀룰로오스층의 적어도 일면의 완전한 표면을 덮는 연속 필름이다. 즉, 바람직하게 본 발명에 따른 코팅지 내에서 셀룰로오스층의 어떠한 섬유도 외부에 노출되지 않는다. 상기 코팅은 열-밀봉을 통하여 코팅지를 그 자체에 또는 다른 물질, 특히 본 발명에 따른 다른 코팅지에 결합시켜, 추가적인 접착제를 필요로 하지 않을 수 있다.
왁스 및 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에스테르, 폴리사카라이드 에테르 및 폴리사카라이드 에테르 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리머를 포함하는 상기 코팅은 다른 코팅에 비하여 많은 이점을 나타낼 수 있으며, 이는 후술하는 바로부터 명백할 것이다.
본 발명에 사용되는 코팅은 실온에서 점착성(sticky)이 아니고, 바람직하게 100 내지 250℃, 더 바람직하게 150 내지 200℃의 온도에서만 밀봉될 것이다. 상기 코팅은 셀룰로오스층 위에 매우 소량의 코팅으로도 우수한 열-밀봉성을 나타낸다는 점에서 이러한 적용에 특히 적합하다.
상기 코팅은 우수한 수증기 장벽 특성을 나타낸다. 더 구체적으로, 본 발명의 코팅지는 m2 및 일(day) 당 200그램 (g/(m2 d)) 미만, 바람직하게 150 g/(m2 d) 미만, 더 바람직하게 100 g/(m2 d) 미만의 수증기 전달율(moisture vapor transmission rate (MVTR))을 가진다. 상기 수증기 전달율은 50% 상대 습도 및 23℃ 온도에서 ISO　15106-3:2003-01에 따라 측정된다.
석유계 합성 물질을 포함하는 전형적인 코팅과 대조적으로, 본 발명의 코팅지의 코팅은 재생 가능한 물질로 만들어질 수 있고, 이는 코팅지의 지속 가능성을 개선한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 코팅 내 왁스 및 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에스테르, 폴리사카라이드 에테르 및 폴리사카라이드 에테르 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리머는 재생 가능한 자원으로부터 생산될 수 있다. 상기 왁스는 식물성 왁스 또는 동물성 왁스일 수 있고, 상기 폴리머는 바이오매스-기반 폴리머일 수 있다. 본 발명의 문맥상 바이오매스-기반 폴리머는 바이오매스로부터 생산되는 폴리머이다.
특히 바람직한 구현예에서, 상기 코팅은 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함하고, 상기 제1 코팅층은 상기 왁스 및 충전제를 포함하고, 상기 제2 코팅층은 상기 왁스 및 상기 폴리머를 포함한다.
상기 제1 코팅층은 셀룰로오스층과 제2 코팅층 사이의 접착을 개선한다. 또한, 제1 코팅층의 사용은 코팅지의 기계적 특성을 저하시키지 않으면서, 폴리머를 포함하는 제2 코팅층의 코팅 중량을 감소시킴을 허용한다. 따라서, 석유계 합성 물질일 수 있는 폴리머의 양이 감소될 수 있다. 그 결과, 재생 가능한 물질의 비율이 증가되어, 더 친환경적이도 더 지속 가능한 코팅지가 얻어질 수 있다. 그 우수한 기계적 특성으로 인하여, 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함하는 코팅지는 포장 재료로 사용하기에 적합하다. 또한, 코팅지 내 비교적 고비용인 폴리머의 비율 감소는 생산 비용 감소를 허용한다.
왁스 및 충전제를 포함하는 제1 코팅층의 사용은 또한 코팅지의 인열 저항성증가를 가져온다. 따라서, 코팅지의 기계적 안정성이 더 개선될 수 있다. 나아가, 왁스 및 충전제를 포함하는 제1 코팅층을 사용함으로써 수증기 장벽 특성이 개선될 수 있다.
바이오매스
본 발명의 문맥상 용어 "바이오매스"는 모든 종류의 식물성 및 동물성 물질 및 이로부터 유래되는 물질을 포함하는 것으로 광범위하게 이해된다. 바람직한 구현예에 따르면, 본원에서 의미하는 바이오매스는 석유 또는 석유 유래 생성물을 포함하지 않는다. 본 발명에 사용하기 위한 바이오매스는 거대분자 화합물을 포함할 수 있고, 그 예는 리그닌 및 전분, 셀룰로오스, 폴리오스(polyose)로도 통상 언급되는 헤미셀룰로오스(hemicellulose), 및 글리코겐(glycogen)과 같은 폴리사카라이드이다.
이해되는 바와 같이, 특정 종류의 바이오매스는 식물 및 동물-유래 물질을 모두 포함할 수 있다. 예로서, 거름(dung), 분뇨 및 오니를 언급할 수 있다. 본 발명에 사용하기 위한 바이오매스는 바람직하게 식물성 바이오매스, 즉 식물의 또는 식물로부터 유래되는 바이오매스이나, 일정 함량의 동물성 바이오매스(즉, 동물의 또는 동물로부터 유래되는 바이오매스)가 그 안에 존재할 수 있다. 예를 들어, 바이오매스는 30% 이하의 동물성 바이오매스를 함유할 수 있다. 바람직한 구현예에 따르면, 바람직하게 식물성 바이오매스인 본 발명에 사용하기 위한 바이오매스는 상기 바이오매스 고형분에 대하여 70 wt% 이상, 가장 바람직하게 90 wt% 이상의 폴리사카라이드 및 리그닌을 함유한다.
예를 들어, 식물성 바이오매스는 농업용 식물 물질 (예를 들어, 농업 폐기물) 또는 모든 종류의 목재일 수 있다.
제한 없이, 바이오매스의 예는 작물, 농산 식품 및 폐기물, 목초 잔류물, 목재 (목분, 폐목재, 스크랩우드, 톱밥, 칩 및 폐기물과 같은), 짚 (볏짚을 포함), 풀, 잎, 왕겨(chaff) 및 버개스(bagasse)이다. 나아가, 폐지를 포함하는 산업 및 도시 폐기물이 예시될 수 있다.
본원에서 용어 "바이오매스"는 바람직하게 글루코스, 리보오스, 자일로스, 아라비노스, 만노오스, 갈락토스, 프럭토스, 소르보스, 푸코오스 및 람노오스와 같은 모노사카라이드, 및 올리고사카라이드를 또한 포함한다.
생분해성
동물성 및 식물성 왁스는 대개 생분해성이고 비-독성이어서, 동물성 또는 식물성 왁스를 포함하는 코팅은 더 친환경적이다. 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에스테르, 폴리사카라이드 에테르 및 폴리사카라이드 에테르 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리머 또한 생분해성일 수 있다.
본 발명의 문맥상 생분해성 성분은 세균 또는 진균과 같은 생물에 의하여 분해될 수 있는 성분이다. 따라서 생분해성 성분은 산소 없이 세균 또는 진균과 같은 미생물의 작용에 의하여 분해될 수 있다. 더 구체적으로, 본 발명의 문맥상 생분해성 성분은 바람직하게 국제 산업 표준 ISO 17088, EN 13432, EN 14995 및 ASTM 6400 중 적어도 하나의 요건을 충족한다.
위의 내용을 볼 때, 본 발명의 제1 측면에 따른 코팅지의 코팅은 상기 코팅지의 자원 지속 가능성 및 탄소 발자국(carbon footprint)을 개선하고, 이를 더 친환경적이 되게 한다. 따라서, 더 친환경적이고 더 지속 가능한 포장 재료가 얻어질 수 있다.
폴리머
상기 셀룰로오스층의 적어도 일면 상의 코팅은 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에테르, 폴리사카라이드 에스테르 및 폴리사카라이드 에테르 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리머를 포함한다. 상기 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에테르, 폴리사카라이드 에스테르 및 폴리사카라이드 에테르 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리머는 바람직하게 우수한 열-밀봉성을 나타낸다.
놀랍게도, 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에테르, 폴리사카라이드 에스테르 및 폴리사카라이드 에테르 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리머의 사용은 스티렌-부타디엔 코폴리머 또는 스티렌 아크릴 코폴리머와 같은 탄소 단독 백본을 가지는 전형적으로 사용되는 코폴리머의 완전한 대체를 허용함과 동시에, 상기 코팅의 우수한 열-밀봉 특성을 유지한다. 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에테르, 폴리사카라이드 에스테르 및 폴리사카라이드 에테르 에스테르는 바이오매스로부터 생산될 수 있다. 따라서, 본 발명에 사용되는 코팅 내에, 전형적인 석유-유래 열-밀봉 가능한 폴리머가 바이오매스로부터 생산될 수 있는 폴리머로 완전히 대체될 수 있다. 따라서, 우수한 열-밀봉성을 나타내는 지속 가능하고 친환경적인 코팅지가 얻어질 수 있다.
상기 폴리머는 바람직하게 열가소성 폴리머이다. 상기 폴리머가 열가소성 폴리머인 경우, 열-밀봉성이 더 개선된다.
상기 폴리머는 바람직하게 60 내지 200℃, 더 바람직하게 100 내지 180℃, 가장 바람직하게 110 내지 180℃ 범위의 융점을 가지는 열가소성 폴리머이다. 본 발명의 코팅지의 코팅이 60 내지 200℃ 범위의 융점을 가지는 열가소성 폴리머를 포함할 때, 상기 코팅지의 열-밀봉성이 개선된다. 상기 열-밀봉성은 본 발명의 코팅지의 코팅이 100 내지 180℃ 범위의 융점을 가지는 열가소성 폴리머를 포함할 때 더 개선된다.
또한, 상기 폴리머는, 코팅지가 더 지속 가능하고 친환경적이도록, 바이오매스-기반 폴리머이다.
상기 폴리에스테르는 폴리히드록시알카노에이트, 폴리락트산, 폴리글리콜산, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리카프로락톤, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트, 및 폴리락트산-폴리에틸렌 글리콜로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다.
폴리히드록시알카노에이트(PHAs)는 히드록시알칸산의 폴리에스테르이다. 폴리히드록시알카노에이트(PHAs)는 열가소성이다. 이는 호모폴리에스테르 또는 코폴리에스테르이고, 그 화학적 조성, 즉 함유되는 히드록시알칸산에 따라 특성이 다르다.
PHA는 폴리(3-히드록시프로피오네이트), 폴리(3-히드록시부티레이트), 폴리(4-히드록시부티레이트), 폴리(3-히드록시발레레이트, 폴리(3-히드록시헥사노에이트), 폴리(3-히드록시헵타노에이트), 폴리(3-히드록시옥타노에이트), 폴리(3-히드록시노나노에이트), 폴리(3-히드록시데카노에이트), 폴리(3-히드록시운데카노에이트), 폴리(3-히드록시도데카노에이트), 폴리(3-히드록시테트라데카노에이트), 폴리(3-히드록시펜타데카노에이트), 및 폴리(3-히드록시헥사데카노에이트)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 폴리에스테르일 수 있다. PHA는 또한 3 이상의 히드록시알칸산의 공중합으로부터 얻어지는 하나 이상의 코폴리에스테르일 수 있다. 더 구체적으로, PHA 코폴리에스테르는 폴리(3-히드록시프로피오네이트-코-3-히드록시부티레이트), 폴리(3-히드록시프로피오네이트-코-4-히드록시부티레이트), 폴리(3-히드록시부티레이트-코-4-히드록시부티레이트), 폴리(3-히드록시부티레이트-코-3-히드록시발레레이트), 폴리(3-히드록시부티레이트-3-히드록시헥사노에이트), 및 폴리(3-히드록시부티레이트-코-3-히드록시발레레이트-3-히드록시헥사노에이트)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 PHA는 바람직하게 폴리(3-히드록시프로피오네이트), 폴리(3-히드록시부티레이트), 폴리(4-히드록시부티레이트), 폴리(3-히드록시발레레이트), 폴리(3-히드록시부티레이트-코-4-히드록시부티레이트), 폴리(3-히드록시부티레이트-3-히드록시헥사노에이트), 및 폴리(3-히드록시부티레이트-코-3-히드록시발레레이트)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 폴리에스테르이다. 상기 PHA는 가장 바람직하게 폴리(3-히드록시부티레이트)이다.
상기 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트는 바람직하게 블록 코폴리머이다. 상기 폴리락트산-폴리에틸렌 글리콜은 바람직하게 블록 코폴리머이다.
상기 폴리사카라이드는 전분, 셀룰로오스, 아라비노자일란, 키틴 및 펙틴으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 상기 폴리사카라이드는 바람직하게 전분 또는 셀룰로오스이다.
상기 폴리사카라이드의 열가소성을 개선하기 위하여, 가소제가 상기 폴리사카라이드에 첨가될 수 있다. 따라서, 폴리사카라이드 및 가소제를 포함하는 열가소성 폴리사카라이드가 얻어진다.
상기 가소제는 다가 알코올, 디올, 다가 알코올의 에스테르, 및 모노-, 디- 또는 폴리카르복시산의 지방족 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물일 수 있다. 상기 가소제는 바람직하게 다가 알코올 또는 디올, 가장 바람직하게 글리세롤, 글리콜 및 소르비톨로부터 선택되는 하나 이상의 화합물이다. 글리세린은 식물성 글리세린(VG)일 수 있다. 식물성 글리세린은 대두유, 코코넛 오일 또는 팜유와 같은 식물성 오일로부터 얻어지는 글리세린이다.
상기 열가소성 폴리사카라이드는 바람직하게 전분 및 셀룰로오스 중 적어도 하나를 포함한다. 즉, 상기 열가소성 폴리사카라이드는 바람직하게 열가소성 전분, 열가소성 셀룰로오스 또는 이의 조합이고, 더 바람직하게 열가소성 전분이다. 상기 열가소성 전분은 바람직하게 글리세롤, 글리콜 및 소르비톨로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 가소제를 포함한다.
본 발명에 사용되는 폴리머는 또한 폴리사카라이드 에테르, 폴리사카라이드 에스테르 또는 폴리사카라이드 에테르 에스테르일 수 있다.
상기 폴리사카라이드 에테르는 바람직하게 셀룰로오스 에테르이다. 상기 폴리사카라이드 에테르는 더 바람직하게 카르복시메틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 히드록시에틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 셀룰로오스, 에틸 메틸 셀룰로오스, 및 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스이다. 상기 폴리사카라이드 에테르는 가장 바람직하게 카르복시메틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 및 히드록시에틸 셀룰로오스이다.
상기 폴리사카라이드 에스테르는 셀룰로오스 아세테이트와 같은 셀룰로오스 에스테르일 수 있다.
상기 폴리사카라이드 에테르 에스테르는 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스 아세테이트 숙시네이트 및 카르복시메틸 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트와 같은 셀룰로오스 에테르 에스테르일 수 있다.
상기 폴리머는 가장 바람직하게 폴리(3-히드록시부티레이트), 폴리(4-히드록시부티레이트), 폴리락트산, 폴리락트산-폴리에틸렌 글리콜 블록 코폴리머, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트 및 열가소성 전분으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상이다.
본 발명에 사용되는 코팅은 상기 코팅 총 중량을 기준으로 하여, 10 내지 90 wt%, 바람직하게 20 내지 90 wt%, 더 바람직하게 40 내지 90 wt%, 더욱더 바람직하게 60 내지 90 wt%, 가장 바람직하게 60 내지 80 wt%의 상기 폴리머를 포함할 수 있다. 10 내지 90 wt%의 상기 폴리머를 포함하는 코팅이 셀룰로오스층에 적용될 때, 스티렌-부타디엔 코폴리머와 같은 석유계 폴리머로 코팅된 코팅지와 유사한 우수한 열-밀봉성이 얻어짐이 놀랍게도 발견되었다. 상기 셀룰로오스층 위의 코팅이 60 내지 90 wt%의 상기 폴리머를 포함할 때 열-밀봉성이 특히 우수하다.
본 발명에 따른 코팅지는 바람직하게 석유계 폴리머를 함유하지 않는다.
왁스
상기 코팅은 상기 셀룰로오스층의 적어도 일면 상에 왁스를 포함한다.
왁스를 포함하는 셀룰로오스층 상의 코팅은 코팅지의 개선된 소수성, 개선된 슬립 특성 및 개선된 비-마모 특성을 초래한다. 이러한 코팅은 또한 수성 코팅 시스템 내 표면 및 장벽 특성을 개선한다.
상기 왁스는 바람직하게 식물성 왁스 또는 동물성 왁스이고, 더 바람직하게 식물성 왁스이다.
동물성 왁스는 전형적으로 다양한 지방산 및 카르복실 알코올로부터 유도되는 왁스 에스테르로 구성된다. 상기 동물성 왁스는 곤충 분비 왁스, 경랍(spermaceti) 및 라놀린의 군으로부터 선택되는 왁스일 수 있다.
상기 곤충 왁스는 바람직하게 밀랍(beeswax)이다. 밀랍의 주성분은 트리아콘탄올(triacontanol) 및 팔미트산의 에스테르인 미리실 팔미테이트(myricyl palmitate)이다. 밀랍의 융점은 60 내지 65℃ 범위이다. 경랍은 향유 고래의 뇌유에서 다량으로 발생한다. 경랍은 세틸 팔미테이트를 주성분으로 포함한다. 라놀린은 양모(wool)로부터 얻어지는 왁스이고 스테롤의 에스테르를 포함한다.
식물성 왁스는 표피 세포 외부의 층 내에 침착되는 탄화수소, 알코올, 알데히드, 케톤, 에스테르, 산 및 이의 조합의 복합 혼합물이다. 식물성 왁스는 일반적으로 식물의 외표면 상의 비정질층에서 발견되는 발수성 성분이다. 본 발명의 문맥상 식물성 왁스는 식물 기름 또는 식물성 기름으로부터 수소화와 같은 화학 반응에 의하여 얻어지는 왁스를 또한 포함한다.
상기 식물성 왁스는 더 바람직하게 칸델릴라 왁스, 카르나우바 왁스, 쌀겨 왁스, 소이 왁스, 사탕수수 왁스 및 해바라기 왁스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 코팅은 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함하고, 상기 제1 코팅층은 상기 왁스 및 충전제를 포함하고, 상기 제2 코팅층은 상기 왁스 및 상기 폴리머를 포함한다. 이 경우, 상기 제1 코팅층은 바람직하게 식물성 왁스로서 사탕수수 왁스를 포함하고, 더 바람직하게 식물성 왁스로서 사탕수수 왁스 및 충전제로서 카올리나이트를 포함한다.
칸델릴라 왁스는 주로 식물 유포비아 안티시필리티카 주카리니(Euphorbia antisyphilitica Zuccarini)의 잎으로부터 얻어진다. 미정제 칸델릴라 왁스는 대략 40-45 wt%의 탄화수소, 35-45 wt%의 왁스, 수지 및 시토스테로일 에스테르(sitosteroyl esters), 5-10 wt%의 프리 왁스(free wax) 및 수지 산(resin acids), 4-8 wt%의 락톤, 및 2-8 wt%의 프리 왁스 및 수지 알코올(resin alcohols)을 함유한다.
카르나우바 왁스는 주로 카르나우바 왁스 야자수로도 알려진, 브라질 야자수 코페르니시아 세리페라 마르티우스(Copernicia cerifera Martius)로부터 얻어진다. 이는 야자수 잎의 상하부 표면 상에서 발견된다. 카르나우바 왁스는 높은 비율의 비-에스테르화 알코올, x-히드록시 에스테르 및 히드록실화 신남산의 에스테르를 함유한다. 카르나우바 왁스는 가장 딱딱한 식물 왁스 중 하나이고, 약 80℃의 융점을 가진다.
쌀겨 왁스(rice bran wax)는 쌀 오리자 사티바(Oryza sativa)의 겉껍질에서 발견되는 다른 고융점 왁스이다. 이는 쌀겨 기름의 탈왁싱으로부터 부산물로서 얻어진다. 쌀겨 왁스의 주성분은 짝수 지방산 및 고급 알코올 에스테르이다. 다른 구성 성분은 자유 지방산 (팔미트산), 포스포리피드, 피토스테롤 및 스쿠알렌을 포함한다. 쌀겨 왁스의 탄화수소 함량은 전형적으로 2 wt%로 낮다.
해바라기 왁스(sunflower wax)는 헬리안투스 안누우스(Helianthus annuus)(해바라기)의 씨 및 씨껍질에서 발견된다. 이는 해바라기 오일의 동결 방지 처리를 통하여 얻어진다. 해바라기 왁스는 장쇄 포화 지방 에스테르로 주로 구성되는 경질의 고융점 왁스이다.
소이 왁스(soy wax)는 대두유의 수소화에 의하여 얻어질 수 있다. 이는 높은 비율의 스테아르산을 함유하는 트리글리세라이드이다. 이는 전형적으로 파라핀 왁스보다 연성이고, 파라핀 왁스에 비하여 낮은 융점을 가진다. 그 융점은 약 50 내지 약 80℃ 범위이다.
사탕수수 왁스(sugarcane wax)는 비소화성이고 건강에 해롭다. 정제된 형태에서, 이는 연노란색이다. 75 내지 80℃의 높은 융점으로 인하여, 이는 직접 일광에 노출되어도 안정하게 유지된다. 사탕수수 왁스는 음이온성 밝은 에멀젼에 우수한 오일 및 용매 보유를 제공한다.
본 발명에서 사용되는 왁스는 바람직하게 쌀겨 왁스, 소이 왁스, 사탕수수 왁스, 및 밀랍으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 왁스이다.
상기 왁스는 바람직하게 60 내지 120℃, 더 바람직하게 60 내지 110℃ 범위의 드롭핑 포인트(dropping point)를 가진다. 상기 드롭핑 포인트는 왁스의 특징적인 특성이다. 드롭핑 포인트 결정을 위하여, 샘플을 고체에서 액체 상태로 변형될 때까지 가열한다. 구체적으로, 드롭핑 포인트는 용융된 물질의 첫번째 드롭이 노 내에서 조절된 시험 조건하에 정의된 오리피스를 가지는 표준화된 컵으로부터 침전하는 온도이다. 본 발명에서, 드롭핑 포인트는 DIN ISO 2176:1997-05에 기재된 절차에 따라 결정될 수 있다.
본 발명에 사용되는 코팅은 상기 코팅 총 중량에 대하여, 바람직하게 10 내지 90 wt%의 왁스, 더 바람직하게 10 내지 80 wt%의 왁스, 더욱더 바람직하게 10 내지 60 wt%의 왁스, 가장 바람직하게 10 내지 40 wt%의 왁스를 포함할 수 있다. 이러한 코팅이 셀룰로오스층에 적용될 때, 폴리머로만 코팅된 페이퍼에 비하여, 코팅지의 열-밀봉성 및 수증기 장벽 특성이 개선됨이 놀랍게도 발견되었다.
본 발명에 사용되는 코팅은 상기 코팅 총 중량에 대하여, 바람직하게 10 내지 90 wt%의 왁스 및 10 내지 90 wt%의 폴리머를 포함할 수 있고, 더 바람직하게 10 내지 40 wt%의 왁스 및 60 내지 90 wt%의 폴리머를 포함할 수 있다. 이러한 코팅이 셀룰로오스층에 적용될 때, 코팅지의 우수한 열-밀봉성이 얻어지고, 왁스만으로 코팅된 페이퍼에 비하여 상당히 개선됨이 놀랍게도 발견되었다. 또한, 코팅 총 중량에 대하여 10 내지 90 wt%의 왁스 및 10 내지 90 wt%의 폴리머를 포함하는 코팅으로 코팅된 종이는 종이-유사 외관 및 감촉과 플라스틱 필름과 유사한 작업성 및 열-밀봉성을 조합한다. 상기 코팅이 상기 코팅 총 중량에 대하여 10 내지 40 wt%의 왁스 및 60 내지 90 wt%의 폴리머를 포함할 때, 상기 코팅지의 열-밀봉성이 더 개선된다. 또한, 코팅 총 중량에 대하여 10 내지 40 wt%의 왁스 및 60 내지 90 wt%의 폴리머를 포함하는 코팅을 가지는 코팅지는 개선된 수증기 장벽 특성을 나타낸다. 특히 바람직한 구현예에서, 상기 코팅은 상기 코팅 총 중량에 대하여 20 내지 40 wt%의 왁스 및 60 내지 80 wt%의 폴리머를 포함한다. 이러한 코팅 내에서, 수증기 장벽 특성 및 열-밀봉성 간의 최상의 타협이 달성된다.
특히 바람직한 구현예에서, 상기 코팅은 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함하고, 상기 제1 코팅층은 상기 왁스 및 충전제를 포함하고, 상기 제2 코팅층은 상기 왁스 및 상기 폴리머를 포함한다. 이 경우, 상기 제2 코팅층은 전술한 조성, 특히 전술한 비율의 왁스 및 폴리머를 가진다. 즉, 상기 제2 코팅층은 상기 제2 코팅층 총 중량에 대하여, 바람직하게 10 내지 40 wt%의 왁스 및 60 내지 90 wt%의 폴리머, 더 바람직하게 20 내지 40 wt%의 왁스 및 60 내지 80 wt%의 폴리머를 포함한다.
첨가제
본 발명에 사용되는 코팅은 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 레올로지 개질제(rheology modifier) 및 연화제(softener)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물일 수 있다.
레올로지 개질제
본 발명에 사용되는 코팅은 레올로지 개질제를 포함할 수 있다. 레올로지 개질제는 바람직하게 셀룰로오스, 전분 또는 이의 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물이다.
상기 레올로지 개질제는 바람직하게 수용성 또는 수-분산성이다. 상기 레올로지 개질제는 더 바람직하게 바이오매스-기반 및/또는 생분해성이다.
상기 레올로지 개질제는 에멀젼 농화(thicken) 및 에멀젼 안정성 개선을 허용한다. 따라서, 코팅 적용 중 드리핑(dripping)이 피하여질 수 있다.
셀룰로오스, 전분 또는 이의 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 레올로지 개질제의 사용은 코팅의 에멀젼 안정성을 개선한다. 동시에, 이러한 레올로지 개질제는 수용성 또는 수-분산성, 바이오매스-기반 및 생분해성이므로 지속 가능하다. 따라서, 포장 재료로 사용하기 적합하고 원하는, 바람직하게 종이-유사 외관 및 감촉을 가지는 지속 가능하고 더 친환경적인 열-밀봉성 코팅지가 얻어질 수 있다.
상기 셀룰로오스는 초미세 셀룰로오스, 바람직하게 JRS에 의하여 생산되는 ARBOCEL와 같은 분말화된 초미세 셀룰로오스이다.
상기 셀룰로오스 유도체는 셀룰로오스 에테르 또는 셀룰로오스 에테르 에스테르일 수 있다. 상기 셀룰로오스 에테르는 바람직하게 카르복시메틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 히드록시에틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 셀룰로오스, 에틸 메틸 셀룰로오스, 및 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스이다. 상기 셀룰로오스 에테르는 더 바람직하게 카르복시메틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 및 히드록시에틸 셀룰로오스이다. 상기 히드록시에틸 셀룰로오스는 예를 들어 Dow에 의하여 생산되는 CellosizeTM QP-100일 수 있다. 상기 셀룰로오스 에테르 에스테르는 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스 아세테이트 숙시네이트 및 카르복시메틸 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트일 수 있다.
상기 전분 유도체는 예를 들어 인산화 인산 이전분(phosphated distarch phosphate), 바람직하게 AGRANA STARKE에 의하여 생산되는 AGENAJEL 20.350과 같은 찰옥수수 기재의 인산화 인산 이전분일 수 있다.
상기 코팅은 상기 코팅 총 중량에 대하여, 바람직하게 0 내지 30 wt%, 더 바람직하게 0.5 내지 2 wt%의 레올로지 개질제를 포함한다.
연화제
본 발명에 사용되는 코팅은 연화제를 포함할 수 있다.
상기 연화제는 다가 알코올, 디올, 다가 알코올의 에스테르 및 모노-, 디- 또는 폴리카르복시산의 지방족 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물일 수 있다. 상기 연화제는 바람직하게 다가 알코올 또는 디올이고, 가장 바람직하게, 글리세롤, 글리콜 및 소르비톨로부터 선택되는 하나 이상의 화합물이다. 글리세린은 식물성 글리세린(VG)일 수 있다. 식물성 글리세린은 대두유, 코코넛 오일 또는 팜유와 같은 식물 기름으로부터 얻어지는 글리세린이다.
연화제의 첨가는 코팅의 작업성 및 코팅지의 열-밀봉성을 더 개선시킨다.
글리세롤, 글리콜 및 소르비톨은 수용성, 생분해성이고, 바이오매스로부터 생산될 수 있다. 따라서, 글리세롤, 글리콜 및 소르비톨로 이루어지는 군으로부터 선택되는 연화제를 포함하는 코팅은 지속 가능하고 친환경이다.
상기 코팅은 바람직하게 상기 코팅 총 중량에 대하여 0 내지 10 wt%, 더 바람직하게 2 내지 7 wt%의 연화제를 포함한다.
충전제
본 발명에 사용되는 코팅은 충전제를 포함할 수 있다.
상기 코팅은 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함할 수 있고, 상기 제1 코팅층은 상기 왁스 및 충전제를 포함하고, 상기 제2 코팅층은 상기 왁스 및 상기 폴리머를 포함한다. 이 경우, 제1 코팅층은 상기 제1 코팅층의 평량(basis weight)에 대하여, 50 내지 98 wt%, 더 바람직하게 60 내지 95 wt%, 가장 바람직하게 70 내지 95 wt%의 충전제를 포함한다.
상기 충전제는 무기 충전제일 수 있다. 상기 충전제는, 지속 가능성 및 환경 보호를 이유로, 바람직하게 점토와 같은 자연 발생 원료 기재의 충전제이다. 상기 충전제는 더욱더 바람직하게 점토 광물, 가장 바람직하게, 카올리나이트와 같은 층상 규산염 광물이다. 상기 충전제는 또한 안료, 더 바람직하게 점토, 바람직하게 카올리나이트와 같은 층상 규산염 광물과 같은 자연 발생 원료 기재의 안료이다.
상기 안료는 가파른 입자 크기 분포를 가질 수 있다. 가장 바람직한 구현예에서, 안료 입자의 90 wt%가 5 ㎛ 미만의 입자 크기를 가진다. 이러한 입자 크기 분포는 개선된 인쇄 및 시트 광택을 초래한다. 상기 안료는 바람직하게 슬러리 형태로 적용된다. 예를 들어, Capim Kaolin으로부터 CAPIM DG 슬러리와 같은 높은 명도의 코팅 안료가 사용될 수 있다. 상기 입자 크기 분포를 가지는 안료 입자 슬러리의 우수한 레올로지 특성은, 예를 들어 고속 블레이드 및 계량 사이즈 프레스(metered size press) 적용에서, 충전제의 고속 적용을 허용한다.
상기 코팅은 바람직하게 상기 코팅 총 중량에 대하여 0 내지 20 wt%, 더 바람직하게 3 내지 15 wt%의 충전제를 포함한다.
바람직한 구현예에서, 상기 코팅은 상기 코팅 총 중량에 대하여, 10 내지 90 wt%의 폴리머, 10 내지 90 wt%의 왁스, 0 내지 3 wt%의 레올로지 개질제, 0 내지 10 wt%의 연화제 및 0 내지 20 wt%의 충전제를 포함한다. 더 바람직한 구현예에서, 상기 코팅은 상기 코팅 총 중량에 대하여, 60 내지 90 wt%의 폴리머, 10 내지 40 wt%의 왁스, 0 내지 3 wt%의 레올로지 개질제, 0 내지 10 wt%의 연화제 및 0 내지 20 wt%의 충전제를 포함한다. 더욱더 바람직한 구현예에서, 상기 코팅은 상기 코팅 총 중량에 대하여, 60 내지 90 wt%의 폴리머, 10 내지 40 wt%의 왁스, 0 내지 3 wt%의 레올로지 개질제, 0 내지 10 wt%의 연화제 및 0 내지 20 wt%의 충전제로 구성된다. 가장 바람직한 구현예에서, 상기 코팅은 60 내지 80 wt%의 폴리머, 20 내지 40 wt%의 왁스, 0 내지 3 wt%의 레올로지 개질제, 0 내지 10 wt%의 연화제 및 0 내지 20 wt%의 충전제로 구성된다.
평량(Basis weight)
본 발명에서 상기 코팅은 셀룰로오스 일면 상에만 또는 셀룰로오스층의 양면 상에 존재할 수 있다. 용어 "셀룰로오스층의 일면"은 본 발명의 문맥상 "셀룰로오스층의 일 표면"과 동의어이고, 영어 "셀룰로오스층의 양면"은 본 발명의 문맥상 "셀룰로오스층의 양 표면"과 동의어이다.
상기 셀룰로오스층의 적어도 일면 상의 코팅은 1 내지 25 g/m2, 바람직하게 3 내지 20 g/m2 가장 바람직하게 4 내지 15 g/ m2의 평량을 가질 수 있다. 상기 코팅인 셀룰로오스층의 양면 상에 적용될 때, 그 평량은 각각의 면당 1 내지 25 g/m2, 바람직하게 3 내지 20 g/m2, 가장 바람직하게 4 내지 15 g/ m2일 수 있다. 더 구체적으로, 상기 셀룰로오스층이 양면 상에, 즉 셀룰로오스층의 양 표면 상에 코팅을 포함할 때, 상기 코팅의 총 평량은 2 내지 50 g/m2, 바람직하게 4 내지 40 g/m2, 가장 바람직하게 5 내지 20 g/m2일 수 있다.
상기 코팅은 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함할 수 있고, 상기 제1 코팅층은 상기 왁스 및 충전제를 포함하고, 상기 제2 코팅층은 상기 왁스 및 폴리머를 포함한다. 이 경우, 제1 코팅층 및 제2 코팅층의 총 평량은 바람직하게 4 내지 17 g/m2, 더 바람직하게 8 내지 12 g/m2이다. 제1 코팅층의 평량은 바람직하게 1 내지 7 g/m2이고, 제2 코팅층의 평량은 바람직하게 3 내지 10 g/m2이다.
셀룰로오스층
본 발명에 따른 코팅지의 셀룰로오스층은 바람직하게 20 내지 100 g/m2, 더 바람직하게 30 내지 70 g/m2의 평량을 가진다.
본 발명에 따른 코팅지는 바람직하게 21 내지 125 g/m2, 더 바람직하게 33 내지 90 g/m2, 가장 바람직하게 40 내지 80 g/m2의 평량을 가진다. 이러한 범위의 평량을 가지는 코팅지는 우수한 유연성(flexibility) 및 강성(stiffness)을 가지고, 따라서 포장 재료로 사용하기에 적합하다. 21 g/m2 미만의 평량을 가지는 코팅지는 쉽게 찢어질 수 있다. 125 g/m2보다 큰 평량을 가지는 페이퍼는 덜 유연성이고, 이는 포장 재료로 사용하기에 불리하다.
상기 셀룰로오스층은 바람직하게 35 내지 200 ㎛, 더 바람직하게 40 내지 160 ㎛의 두께를 가진다. 셀룰로오스층을 세로 방향으로 압축하여 신장 가능한 셀룰로오츠 층을 얻는 단계를 수행하지 않는다면, 상기 셀룰로오스층은 더욱더 바람직하게 40 내지 70 ㎛, 가장 바람직하게 50 내지 60 ㎛의 두께를 가진다. 셀룰로오스층을 크레이핑(creping)과 같이 세로 방향으로 압축하는 단계를 수행한다면, 상기 셀룰로오스층은 세로 방향으로 압축 후 더욱더 바람직하게 60 내지 150 ㎛, 가장 바람직하게 60 내지 100 ㎛의 두께를 가진다.
상기 셀룰로오스층의 평량 및 상기 코팅지의 평량은 ISO 536:2012에 따라 결정된다. 상기 셀룰로오스층 및 코팅지의 두께는 1.0 bar의 압축 하중으로 EN ISO 534:2011에 따라 결정될 수 있다.
신장성(Extensibility)
상기 셀룰로오스층은 신장 가능하다. 상기 셀룰로오스층이 신장 가능할 때, 코팅지는 전환 또는 최종 사용 적용에서 큰 변형을 겪을 수 있다.
상기 셀룰로오스층이 신장 가능할 때, 본 발명의 코팅지는 특히 세로 방향으로 개선된 연신 및 탄성을 나타낸다. 따라서, 신장성 셀룰로오스층을 가지는 코팅지("신장성 코팅지")는 포장 재료로서 전형적으로 사용되는 플라스틱 필름과 유사한 기계적 특성을 나타낸다. 따라서, 신장성 코팅지는 그의 증가된 연신 및 탄성으로 인하여 플라스틱 포장에 사용되는 것과 동일한 기계 상에서 사용되기에 더욱더 적합하다.
또한, 셀룰로오스층의 예를 들어 크레이핑에 의한 세로 방향 압축은 코팅지의 코팅 접착 및 열-밀봉성을 개선함이 놀랍게도 발견되었다. 개선된 코팅 접착 및 열-밀봉성은 신장성 셀룰로오스층의 불균일한 표면 구조로 인한 것으로 추정된다.
그 결과, 신장성 코팅지는 더욱더 적합한 포장 재료이고, 신장성이 아닌 셀룰로오스층을 가지는 코팅지에 비하여 개선된 작업성 및 열-밀봉성을 나타낸다.
상기 셀룰로오스층의 높은 신장성은 셀룰로오스층을 세로 방향(MD)으로 압축(compressing)함으로써, 및 바람직하게 습윤 또는 건조 페이퍼 웹을 세로 방향(MD)으로 압축(compacting)함으로써 얻어질 수 있다.
세로 방향 압축은 셀룰로오스층을 크레이핑 단계 또는 Clupak 장치를 사용함으로써 달성될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명의 제3 측면에 따른 코팅지의 제조 방법에 관한 섹션에 상세히 기재된다.
본 발명의 문맥상 신장성 코팅지는 다음에 정의하는 세로 방향 인장 강도 및 세로 방향 파단 연신율을 가지는 코팅지이다. 보다 구체적으로, 신장성 코팅지는 본 발명의 문맥상 바람직하게 40-120 N/15mm, 더 바람직하게 60-100 N/15mm의 세로 방향 인장 강도, 및 바람직하게 3.5-25.0%, 더 바람직하게 4.5-15.0%, 더욱더 바람직하게 5.5-12.0%, 가장 바람직하게 6.0 내지 8.0%의 세로 방향 파단 연신율을 가진다. 특히 바람직한 구현예에서, 상기 신장성 코팅지는 60-100 N/15mm의 세로 방향 인장 강도 및 6.0-8.0%의 세로 방향 파단 연신율을 가진다.
상기 코팅지의 세로 방향 인장 강도는 바람직하게 40-120 N/15mm, 더 바람직하게 60-100 N/15mm이다. 상기 열 밀봉성 페이퍼의 가로 방향(cross direction) 인장 강도는 15-70 N/15mm, 더 바람직하게 20-60 N/15mm, 가장 바람직하게 30-50 N/15mm이다.
상기 코팅지의 세로 방향 굽힘 강도(bending stiffness)는 바람직하게 0.05-0.4 Nmm, 더 바람직하게 0.10-0.25 Nmm이다. 가로 방향 굽힘 강도는 바람직하게 0.01-0.1 Nmm, 더 바람직하게 0.01-0.06 Nmm이다.
상기 코팅을 포함하는 면상에서 측정되는 상기 코팅지의 Cobb 값은 바람직하게 1-20 g/m2, 더 바람직하게 1-12 g/m2, 더욱더 바람직하게 1-8 g/m2이다.
상기 코팅지는 바람직하게 100-1000 mN, 더 바람직하게 300-800 mN, 더욱더 바람직하게 500-800 mN의 세로 방향 인열 저항(tear resistance)을 가진다. 가로 방향 인열 저항은 바람직하게 100-1000 mN, 더 바람직하게 300-800 mN, 더욱더 바람직하게 500-800 mN이다.
상기 코팅지는 바람직하게 3.5-25.0%, 더 바람직하게 4.5-8.0%, 더욱더 바람직하게 6.0-7.0%의 세로 방향 파단 연신율을 가진다.
포장 재료
제2 측면에서, 본 발명은 본 발명의 제1 측면에 따른 코팅지를 포함하는 포장 재료에 관한 것이다.
코팅지의 제조 방법
제3 측면에서, 본 발명은 코팅지의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 제3 측면에 따른 방법은:
셀룰로오스층을 제공하는 단계,
왁스를 포함하는 제1 코팅 조성물의 수성 분산액 또는 에멀젼 및 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에스테르, 폴리사카라이드 에테르 및 폴리사카라이드 에테르 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리머를 포함하는 제2 코팅 조성물의 수성 분산액 또는 에멀젼을 상기 셀룰로오스층의 적어도 일 표면에 도포하여 상기 왁스 및 폴리머를 포함하는 코팅을 형성하는 단계,
상기 코팅을 건조하여 코팅지를 형성하는 단계
를 포함한다.
일 구현예에서, 상기 코팅은 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함하고, 상기 제1 코팅층은 왁스 및 충전제를 포함하고, 상기 제2 코팅층은 왁스 및 폴리머를 포함한다. 이 경우, 상기 코팅지는:
셀룰로오스층을 제공하는 단계,
왁스 및 충전제를 포함하는 제1 코팅 조성물의 수성 분산액 또는 에멀젼을 상기 셀룰로오스층의 적어도 일 표면에 도포하여 제1 코팅을 형성하는 단계,
상기 제1 코팅을 건조하여 제1 코팅층을 형성하는 단계,
왁스 및 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에스테르, 폴리사카라이드 에테르 및 폴리사카라이드 에테르 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리머를 포함하는 제2 코팅 조성물의 수성 분산액 또는 에멀젼을 상기 제1 코팅층상에 도포하여 상기 왁스 및 상기 폴리머를 포함하는 제2 코팅을 형성하는 단계, 및
상기 제2 코팅을 건조하여 제2 코팅층을 형성하는 단계
를 포함하는, 방법에 의하여 제조된다.
본 발명의 제3 측면에 따른 방법은 본 발명의 제1 측면에 따른 코팅지를 제조하는데 사용될 수 있다.
포화(Saturation)
상기 셀룰로오스층은 코팅을 도포하기 전에 임의로 포화될 수 있다. 스티렌 부타디엔 라텍스와 같은 페이퍼 포화에 통상적으로 사용되는 임의의 수지를 본 발명에 사용할 수 있으나, 포화는 더 바람직하게 바이오매스-기반 및/또는 생분해성 폴리머의 라텍스 기재의 수성 분산액을 사용하여 수행된다.
본 명세서에서, 용어 "포화(saturation)"는 "함침(impregnation)"과 동의어로서 이해된다. 열-밀봉성 페이퍼 내 포화 수지의 양은 2-15 g/m2, 바람직하게 3 내지 12 g/m2, 더욱더 바람직하게 4-10 g/m2이다. 코팅이 셀룰로오스층의 일면 상에만 도포될 때 상기 셀룰로오스층을 포화시키는 것이 바람직하다. 포화된 셀룰로오스층을 사용함으로써, 셀룰로오스층의 비코팅 면과 코팅면 사이의 결합(cohesion)을 개선할 수 있다. 이는 열-밀봉성 포장지로 사용에 유리하다.
상기 코팅지는 바람직하게 상기 코팅지의 코팅 조성물에 해당하는 조성물, 즉 왁스 및 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에스테르, 폴리사카라이드 에테르 및 폴리사카라이드 에테르 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리머를 포함하는 조성물로, 가장 바람직하게 왁스 및 폴리에스테르를 포함하는 수성 에멀젼으로 포화된다.
포화에 사용되는 조성물은 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 알코올, 연화제 및 무기 충전제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 또한 포함할 수 있다.
상기 무기 충전제는 지속 가능성 및 환경 보호를 이유로 바람직하게 자연 발생 원료를 기재로 한다. 상기 무기 충전제는 더욱더 바람직하게 점토 광물 또는 탄산염 광물, 가장 바람직하게 벤토나이트, 탄산칼슘, 활석 또는 카올리나이트이다. 특히 바람직한 구현예에서, 상기 포화 조성물 내 포함되는 무기 충전제는 코팅지의 코팅에 사용하기 위한 앞서 정의한 충전제일 수 있다. 상기 무기 충전제는 또한 안료, 더 바람직하게, 점토, 바람직하게 카올리나이트와 같은 층상 규산염 광물과 같은 자연 발생 원료 기재의 안료일 수 있다.
상기 포화 조성물 내 포함되는 연화제는 다가 알코올, 디올, 다가 알코올의 에스테르 및 모노-, 디- 또는 폴리카르복시산의 지방족 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물일 수 있다. 상기 연화제는 바람직하게 코팅지의 코팅에 사용하기 위한 앞서 정의한 연화제이다. 상기 연화제는 더 바람직하게 글리세롤, 글리콜 및 소르비톨로 이루어지는 군으로부터 선택되는 화합물이다.
따라서, 상기 충전제 및/또는 연화제는
셀룰로오스층을 상기 충전제 및/또는 연화제를 포함하는 코팅 조성물로 코팅함으로써, 또는
셀룰로오스층을 상기 (무기) 충전제 및 연화제를 포함하는 포화 조성물로 코팅하기 전에 포화시킴으로써
상기 셀룰로오스층에 적용될 수 있다.
두 경우 모두, 동일한 충전제 및 동일한 연화제가 사용될 수 있다.
코팅
상기 셀룰로오스층 상에 코팅을 형성하는 단계에서, 상기 제1 및 제2 코팅 조성물은 셀룰로오스층의 일면에만 도포될 수 있다. 상기 제1 및 제2 코팅 조성물은 또한 셀룰로오스층의 양면에 적용될 수도 있다, 즉 제1 및 제2 코팅 조성물이 각각 셀룰로오스층의 두 마주보는 면 각각에 도포될 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 코팅 조성물은 셀룰로오스층의 일면에만 도포된다.
코팅은 상기 제1 및 제2 코팅 조성물을 셀룰로오스층의 표면에 도포한 다음, 표면 코팅 조성물을 경화 및/또는 건조함으로써 형성될 수 있다. 상기 표면 코팅 조성물은 분무, 브러싱, 또는 롤링에 의하여 셀룰로오스층 표면에 도포될 수 있다. 표면에 도포되면, 표면 코팅 조성물은 필름을 형성한다. 바람직하게, 비교적 저점도의 액체 표면 코팅 조성물이 셀룰로오스층에 도포되고 경화되어 고체, 고분자량, 폴리머-기재 점착 필름을 형성한다. 상기 코팅은 또한 합체(coalescence)-기반 필름 형성에 의하여 형성될 수 있다. 합체-기반 필름 형성은 액상 내 분산된 폴리머 입자, 바람직하게 라텍스 폴리머, 가장 바람직하게, 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에스테르, 폴리사카라이드 에테르 및 폴리사카라이드 에테르 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 수-분산된 폴리머를 이용하여 수행된다.
상기 제1 코팅 조성물은 왁스를 포함하는 수성 분산액 또는 에멀젼이다.
상기 왁스는 바람직하게 본 발명의 제1 측면에 정의된 왁스이다. 즉, 상기 왁스는 바람직하게 식물성 왁스 또는 동물성 왁스이고, 더 바람직하게 식물성 왁스이다. 제1 코팅 조성물 내 포함되는 왁스는 가장 바람직하게 칸델릴라 왁스, 카르나우바 왁스, 쌀겨 왁스, 소이 왁스, 사탕수수 왁스, 해바라기 왁스 및 밀랍으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상이다. 상기 왁스는 바람직하게 60 내지 120℃의 드롭핑 포인트를 가진다.
상기 제1 코팅 조성물은 바람직하게 왁스를 포함하는 수성 에멀젼, 더 바람직하게 왁스 및 유화제를 포함하는 수성 에멀젼이다.
유화제는 전형적으로 극성 부위 및 비-극성 부위를 가지는 화합물이다. 계면활성제가 유화제로서 사용될 수 있다. 유화제는 바람직하게 음이온성 또는 비이온성 유화제이고, 더 바람직하게 음이온성 유화제이다. 왁스의 수성 에멀젼의 예는 Eurikas의 EurikaCoat SW 166, 및 Sasol의 HydroWax RV이다. EurikaCoat SW 166은 소이 왁스, 식물성 왁스 및 음이온성 유화제를 포함하는 수성 에멀젼이다. HydroWax RV는 물 내 미분된 왁스 입자의 음이온성 에멀젼이고, 상기 왁스는 합성 왁스 및 식물성 왁스의 혼합물이다.
왁스를 포함하는 수성 분산액 또는 에멀젼인 상기 제1 코팅 조성물의 고형분은 바람직하게 10 내지 45 wt%이다. 상기 제1 코팅 조성물의 점도는 바람직하게 200 내지 1600 mPas, 더 바람직하게 500 내지 1200 mPas이다.
상기 제2 코팅 조성물은 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에스테르, 폴리사카라이드 에테르, 폴리사카라이드 에테르 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리머를 포함하는 수성 분산액 또는 에멀젼이다. 상기 제2 코팅 조성물은 바람직하게 수성 에멀젼이다.
상기 폴리머는 바람직하게 본 발명의 제1 측면에서 정의한 폴리머이다. 상기 폴리머는 더 바람직하게 60 내지 200℃ 범위의 융점을 가지는 열가소성 폴리머이다. 상기 폴리머는 가장 바람직하게 폴리(3-히드록시부티레이트), 폴리(4-히드록시부티레이트), 폴리락트산, 폴리락트산-폴리에틸렌 글리콜 블록 코폴리머, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트 및 열가소성 전분으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상이다.
폴리머를 포함하는 수성 분산액 또는 에멀젼인 상기 제2 코팅 조성물의 고형분은 바람직하게 15 내지 55 wt%이다. 상기 제2 코팅 조성물의 점도는 바람직하게 200 내지 2200 mPas, 더 바람직하게 800 내지 1800 mPas이다.
상기 제1 및 제2 코팅 조성물 중 하나 또는 이들 모두 레올로지 개질제 및 연화제의 군으로부터 선택되는 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 코팅 조성물 중 하나 또는 이들 모두 충전제를 포함할 수 있다.
상기 레올로지 개질제, 연화제 및 충전제는 본 발명의 제1 측면에서 정의한 바와 같다.
건조
상기 제1 및 제2 코팅 조성물의 도포 후, 상기 코팅을 건조하여 코팅지를 형성한다. 건조는 상기 코팅 위로 고온 건조 공기를 불어넣어, 코팅 온도를 물이 코팅지로부터 증발하는 지점까지 상승시켜, 상대적으로 건조 코팅지를 남김으로써, 수행될 수 있다. 건조 공정에서, 웹 온도, 즉 셀룰로오스층의 온도는 왁스의 드롭핑 포인트보다 낮아야 한다. 따라서, 건조 동안 웹 온도는 바람직하게 120℃ 미만이다. 페이퍼의 웹 온도는 적외선 비-접촉식 온도계를 사용하여 비-접촉 온도 측정에 의하여 결정될 수 있다.
셀룰로오스층 압축
본 발명의 제3 측면에 따른 코팅지의 제조 방법의 바람직한 구현예는 종속 청구항의 대상이다. 본 발명의 코팅지를 세로 방향으로 압축할 때, 이는 그의 증가된 신장성, 연신율, 탄성 및 코팅 접착으로 인하여 플라스틱 포장에 사용되는 것과 동일한 장치 상에서 이용되기에 더욱더 적합하다.
크레이핑(Creping)
세로 방향 압축은 셀룰로오스층을 크레이핑함으로써 달성될 수 있다. 크레이핑은 초지기 내부에서 (습식 크레이핑) 또는 초지기 외부에서 (건식 크레이핑) 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, 크레이핑 중, 셀룰로오스층이 크레이프 실린더 상에서 이동하고 닥터 블레이드로 제거되고, 닥터 블레이드 표면 위에서 전달 장치로 전달되고, 크레이핑은 상기 전달 장치의 속도를 바람직하게 크레이프 실린더에 대하여 10 내지 50% 지연시킴으로써 조절된다. 크레이핑 정도, 즉 주름(folds) 수는 크레이프 실린더와 전달 장치 사이의 속도 차이를 조정함으로써 조절될 수 있다. 또한, 미세구조가 닥터 블레이드의 기하학적 구조 및 각도에 의하여 조절될 수 있다.
이러한 과정에서, 셀룰로오스층의 건조 함량은 바람직하게 30 내지 50 wt%, 바람직하게 35 내지 45% 범위이다.
Clupak 장치
셀룰로오스층의 세로 방향 압축은 Clupak 장치를 사용함으로써 또한 달성될 수 있다.
Clupak 신장 장치(extensible unit)는 실린더, 닙 바(nip bar), 실린더와 닙 바 사이의 갭, 및 상기 갭 내에 위치하는 고무 밴드(고무 블랭킷)를 포함한다. Clupak 신장 장치 내에서, 상기 고무 블랭킷은 건조 실린더와 닙 바 사이의 갭을 통과하여야 한다.
닙은 회전하는 건조 실린더 및 고정된 닙 바에 의하여 형성되는 Ventrui 섹션으로서 간주되고, 여기서 무한한 고무 블랭킷이 가속화된다. 페이퍼 웹은 페이퍼와 고무 사이의 마찰력으로 인하여 닙 내 고무 표면의 치수 변화를 따른다. 이는 높은 방사상 닙 압력 및 동시의 실린더 표면상의 페이퍼의 슬립(slippage)의 결과이다. 고무 표면의 치수 변화는 굽힘(bending)에 의하여 및 Venturi 효과에 의하여 유도된다. 먼저, 페이퍼 웹에 가까운 고무 블랭킷 표면이 닙 바 위로 굽힘을 통하여 스트레칭되고, 이는 Venturi 효과로 인하여 더 스트레칭된다. 스트레칭된 고무 표면은 습윤 페이퍼 웹과 접촉하게 된다. 닙 중심을 통과한 후, 스트레칭된 고무 표면은 Venturi 효과 및 고무의 반대 방향 굽힘에 의하여 야기되는 감속으로 인하여 리코일(recoil)하기 시작한다. 페이퍼 웹은 닙의 후반의 고무 표면의 수축을 따르면서 MD로 압축되고, 이러한 닙 내의 이벤트는 닙 폭 증가와 함께 더 확연하게 된다. 최종 압축 수준은 Clupak 닙의 입구와 출구 사이의 페이퍼 웹의 속도차를 조절함으로써 조정된다.
Clupak 장치를 이용한 세로 방향 압축은 섬유의 컬링을 통한 페이퍼 네트워크 내 마이크로크레이핑(microcreping) 효과를 창출한다. 셀룰로오스층이 압축되고 따라서 섬유가 함께 더 가깝게 눌려, 셀룰로오스층이 세로 방향으로 압축된다. 이러한 방식으로, 일련의 작고 일반적으로 불연속이고 평행한 주름(folds)이 셀룰로오스층에 부여된다. 마이크로크레이핑은 주로 많은 수의 주름 부여 및 따라서 많은 수의 오버레이되는 주름에 있어서 크레이핑과 다르다. 놀랍게도, 마이크로크레이핑은, 크레이핑 실린더의 사용에 의한 크레이핑에 비하여, 페이퍼 기판의 연신율을 증가시킬 뿐 아니라 그 후 적용되는 코팅의 접착력 또한 증가시키는 것으로 발견되었다. 또한, 마이크로크레이핑은 코팅지의 열-밀봉성을 개선한다.
캘린더링(Calendering)
본 발명의 코팅지 생산에 사용되는 셀룰로오스층은 코팅 전 캘린더링될 수 있다.
본 발명의 코팅지는 또한 코팅 및 건조 후 캘린더링될 수 있다.
캘린더링은 코팅지의 평활도(smoothness) 및 광택도(glossiness)를 개선한다.
실시예
실시예 1
열-밀봉성 페이퍼를 초지기(paper machine)상에서 생산하였다. 셀룰로오스 섬유만을 (즉, 100% 셀룰로오스 섬유) 페이퍼 생산에 통상적으로 사용되는 기타 첨가제와 함께 셀룰로오스층에 사용하였다. 알킬 케텐 다이머를 사이즈제(sizing agent)로 사용하였다. 상기 셀룰로오스층을 Clupak 신장 장치를 사용하여 세로 방향으로 압축하였다. 이 실시예에서, 압축된 셀룰로오스층은 일면 상에 사탕수수 왁스의 제1 수성 에멀젼 및 폴리락트산의 제2 수성 에멀젼으로 코팅되었다. 건조 후, 상기 코팅은 상기 코팅 총 중량에 대하여 40 wt%의 사탕수수 왁스 및 60 wt%의 폴리락트산으로 구성된다. 최종 제품 내 코팅의 총량은 6 g/m2이다. 따라서, 열-밀봉성 코팅지는 상기 코팅지 총 중량에 대하여 3.6 wt%의 사탕수수 왁스 및 5.5 wt%의 폴리락트산을 함유한다.
이와 같이 하여 얻어진 열 밀봉성 페이퍼의 특징을 표 1에 열거한다. 표 1에서, 두문자어 MD는 세로 방향을 CD는 가로 방향을 의미한다.
열 밀봉성 페이퍼
두께 (㎛) 90
셀룰로오스층의 평량 (g/m2) 60.2
코팅 후 평량 (g/m2) 66.4
MD 인장 강도 (N/15 mm) 75
CD 인장 강도 (N/15 mm) 50
Cobb 값A (g/m2) 5
MD 인열저항 (mN) 600
CD 인열저항 (mN) 630
MD 파단연신율 (%) 6
CD 파단연신율 (%) 8
140℃ 밀봉 온도에서 밀봉 강도[N/25mm] 3.2
150℃ 밀봉 온도에서 밀봉 강도[N/25mm] 3.3
160℃ 밀봉 온도에서 밀봉 강도[N/25mm] 3.4
수증기 전달율 (MVTR) [g/(m2 d)] 120
A 코팅면 상에서 측정
실시예 2
열-밀봉성 페이퍼를 초지기상에서 생산하였다. 셀룰로오스 섬유만을 (즉, 100% 셀룰로오스 섬유) 페이퍼 생산에 통상적으로 사용되는 기타 첨가제와 함께 셀룰로오스층에 사용하였다. 알킬 케텐 다이머를 사이즈제로 사용하였다. 상기 셀룰로오스층을 Clupak 신장 장치를 사용하여 세로 방향으로 압축하였다. 이 실시예에서, 압축된 셀룰로오스층은 일면 상에 소이 왁스의 제1 수성 에멀젼 및 폴리히드록시부티르산 (폴리-3-히드록시부티레이트)의 제2 수성 에멀젼으로 코팅되었다. 건조 후, 상기 코팅은 상기 코팅 총 중량에 대하여 20 wt%의 소이 왁스 및 80 wt%의 폴리히드록시부티르산 (폴리-3-히드록시부티레이트)로 구성된다. 최종 제품 내 코팅의 총량은 10 g/m2이다. 따라서, 열-밀봉성 코팅지는 상기 코팅지 총 중량에 대하여 2.9 wt%의 소이 왁스 및 11.4 wt%의 폴리히드록시부티르산 (폴리-3-히드록시부티레이트)를 함유한다.
이와 같이 하여 얻어진 열 밀봉성 페이퍼의 특징을 표 2에 열거한다. 표 2에서, 두문자어 MD는 세로 방향을 CD는 가로 방향을 의미한다.
열 밀봉성 페이퍼
두께 (㎛) 90
셀룰로오스층의 평량 (g/m2) 60.3
코팅 후 평량 (g/m2) 70.4
MD 인장 강도 (N/15 mm) 75
CD 인장 강도 (N/15 mm) 50
Cobb 값A (g/m2) 4
MD 인열저항 (mN) 600
CD 인열저항 (mN) 630
MD 파단연신율 (%) 6
CD 파단연신율 (%) 8
140℃ 밀봉 온도에서 밀봉 강도[N/25mm] 4.4
160℃ 밀봉 온도에서 밀봉 강도[N/25mm] 4.6
수증기 전달율 (MVTR) [g/(m2 d)] 60
A 코팅면 상에서 측정
실시예 3
열-밀봉성 페이퍼를 초지기상에서 생산하였다. 셀룰로오스 섬유만을 (즉, 100% 셀룰로오스 섬유) 페이퍼 생산에 통상적으로 사용되는 기타 첨가제와 함께 셀룰로오스층에 사용하였다. 알킬 케텐 다이머를 사이즈제로 사용하였다. 상기 셀룰로오스층을 Clupak 신장 장치를 사용하여 세로 방향으로 압축하였다. 이 실시예에서, 압축된 셀룰로오스층은 일면 상에 사탕수수 왁스 및 좁은 입자 크기 분포를 가지는 카올리나이트의 수성 분산액을 포함하는 제1 코팅 배합물로 코팅되었다. 건조 후, 상기 코팅은 상기 코팅 총 중량에 대하여 7 wt%의 사탕수수 왁스 및 93 wt%의 카올리나이트로 구성된다.
그 후, 상기 제1 코팅층으로 코팅된 셀룰로오스층을 상기 제1 코팅층으로 코팅된 면상에서 제2 코팅 배합물로 코팅한다. 상기 제2 코팅 배합물은 사탕수수 왁스의 수성 에멀젼 및 폴리락트산의 제2 수성 에멀젼을 포함한다. 건조 후, 상기 코팅은 상기 제2 코팅 총 중량에 대하여 40 wt%의 사탕수수 왁스 및 60 wt%의 폴리락트산으로 구성된다. 최종 제품 내 코팅의 총량은 10 g/m2이다.
이와 같이 하여 얻어진 열 밀봉성 페이퍼의 특징을 표 3에 열거한다. 표 3에서, 두문자어 MD는 세로 방향을 CD는 가로 방향을 의미한다.
2 코팅
두께 (㎛) 90
셀룰로오스층의 평량 (g/m2) 60.3
제1 코팅 후 평량 (g/m2) 65.8
제2 코팅 후 평량 (g/m2) 69.8
MD 인장 강도 (N/15 mm) 75
CD 인장 강도 (N/15 mm) 50
Cobb 값A (g/m2) 40
MD 파단연신율 (%) 6
CD 파단연신율 (%) 8
140℃ 밀봉 온도에서 밀봉 강도[N/25mm] 2.98
150℃ 밀봉 온도에서 밀봉 강도[N/25mm] 3.15
160℃ 밀봉 온도에서 밀봉 강도[N/25mm] 3.32
평활도 (S)(코팅면) 56.5
MD 인열저항 (mN) 660
CD 인장강도 (N/15 mm) 800
수증기 전달율 (MVTR) [g/(m2 d)] 60
A 코팅면 상에서 측정
실시예 1과 3의 비교는, 제1 코팅층의 사용에 의하여, 코팅지의 MD 및 CD 인열저항 및 수증기 장벽 특성(수증기 전달율로 표현됨)이 개선될 수 있음을 보인다. 또한, 제1 코팅층의 사용은 코팅지의 원하는 인장강도, 파단 연신율 및 밀봉 강도를 유지하면서 제2 코팅층의 코팅 중량 감소를 허용한다.
시험 방법
다음에서, 두문자어 MD는 세로 방향을 CD는 가로 방향을 의미한다.
컨디셔닝 및 시험을 위한 표준 분위기: DIN EN 20187:1993에 따른다. 샘플을 먼저 컨디셔닝한 다음, 다음에 나타내는 특징들을 결정하기 위하여 시험하였다.
평량: ISO 536:2012에 따른다.
두께: 1.0 bar의 압축 하중으로 EN ISO 534:2011에 따른다.
인장 강도 (MD, CD) 및 파단 연신율 (MD, CD): DIN EN ISO 1924-2:2008에 따르나, 15 mm 샘플 폭; 시험 길이 100 mm; 150 mm/min의 연신율.
Cobb 값: ISO 535:2014에 따른다. 샘플을 10분 후 측정하였다.
인열 저항 (MD. CD): ISO 1974:2012에 따라, 추: coda A-pend, type 962035, number 1269와 Lorentzen & Wettre의 L & Tearing Tester (code 009, type 961701, number 5625)를 사용. 두개의 단일층을 시험에 사용하였다.
수증기 전달율 (MVTR):
ISO 15106-3:2003-01에 따라 측정. 측정을 50% 상대 습도, 23℃에서 수행하였다.
밀봉 강도: 각각 대략 5 cm x 20 cm 크기를 가지고, 더 긴 면이 세로 방향인두개의 샘플을 절단한다. 샘플을 밀봉될 면을 안쪽으로 접어놓고, 예를 들어 YOSAN LM-260와 같은 라미네이터를 이용하여 열 밀봉한다. 상기 라미네이터의 경화 온도를 140 내지 160℃ 범위의 온도로 설정한다. 샘플을 15 cm 길이에 대하여 650 mm/min의 속도로 라미네이터 내로 1회 이동하고 뒤로 1회 이동함으로써, 전체 길이의 5 cm가 밀봉되지 않게 한다. 이 단계에서, 샘플을 실온에서 15분 동안 냉각되도록 한다. 이와 같이 하여 얻어진 밀봉된 샘플을 길이는 여전히 20 cm로 하고 양측을 잘라 냄으로써 25 mm 스트립 폭으로 절단한다. 샘플 총 길이는 밀봉되지 않은 5 cm을 포함하였다. 그 다음, 샘플을 Zwick/Roell Z0.5와 같은 만능 시험기 내에 고정한다. 이 단계에서, 샘플을 밀봉되지 않은 샘플의 두 부분을 통하여 고정하고, 이 두 말단을 다음 조건 하에 박리 시험을 이용하여 잡아 뗀다:
프로그램: 출발 거리: 50 mm
예비 하중: 0.1N
속도 예비 하중: 20 mm / min.
측정 속도: 300 mm / min.
측정 전 출발 길이
측정 경로: 80 mm
측정 경로에서 발견된 최대 힘이 밀봉 강도를 나타낸다 (즉, F max).

Claims (41)

  1. 셀룰로오스층 및 상기 셀룰로오스층의 적어도 일면 상에 코팅을 포함하는 코팅지로서, 상기 코팅은 왁스 및 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에스테르, 폴리사카라이드 에테르 및 폴리사카라이드 에테르 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리머를 포함하는, 코팅지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅은 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함하고,
    상기 제1 코팅층은 왁스 및 충전제를 포함하고,
    상기 제2 코팅층은 왁스 및 상기 폴리머를 포함하는, 코팅지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 충전제는 무기 충전제인, 코팅지.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 코팅층은 상기 제1 코팅층의 평량에 대하여 50 내지 98 wt%, 바람직하게 60 내지 95 wt%, 가장 바람직하게 70 내지 95 wt%의 충전제를 포함하는, 코팅지.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 무기 충전제는 카올리나이트인, 코팅지.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 코팅층은 사탕수수 왁스 및 카올리나이트를 포함하는, 코팅지.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 코팅층의 평량은 1 내지 7 g/m2이고, 상기 제2 코팅층의 평량은 3 내지 10 g/m2인, 코팅지.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 왁스는 식물성 왁스인, 코팅지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 식물성 왁스는 칸델릴라 왁스, 카르나우바 왁스, 쌀겨 왁스, 소이 왁스, 사탕수수 왁스 및 해바라기 왁스로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 코팅지.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리머는 폴리히드록시알카노에이트, 폴리락트산, 폴리글리콜산, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리카프로락톤, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트, 및 폴리락트산-폴리에틸렌 글리콜로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리에스테르인, 코팅지.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리머는 열가소성 전분인, 코팅지.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리머는 폴리히드록시부티레이트, 폴리락트산, 폴리락트산-폴리에틸렌 글리콜 블록 코폴리머, 및 열가소성 전분으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 코팅지.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅은 적어도 하나의 첨가제를 더 포함하는, 코팅지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 첨가제는 레올로지 개질제(rheology modifier) 및 연화제(softener) 중 적어도 하나인, 코팅지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 연화제는 글리세린인, 코팅지.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 레올로지 개질제는 셀룰로오스, 전분 또는 이의 유도체인, 코팅지.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅은 10 내지 90 wt%의 왁스 및 10 내지 90 wt%의 폴리머를 포함하는, 코팅지.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 왁스는 60 내지 120℃ 범위의 드롭핑 포인트(dropping point)를 가지는, 코팅지.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리머는 60 내지 180℃ 범위의 융점을 가지는, 코팅지.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리머는 열가소성 폴리머인, 코팅지.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리머는 바이오매스-기반 폴리머인, 코팅지.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅지는 열-밀봉 가능한(heat-sealable), 코팅지.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅지는 생분해성인, 코팅지.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅지는 석유-기반 합성 폴리머를 함유하지 않는, 코팅지.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀룰로오스층의 일면 상의 코팅의 평량은 1 내지 25 g/m2, 바람직하게 3 내지 20 g/m2, 더 바람직하게 4 내지 15 g/m2인, 코팅지.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀룰로오스층은 20 내지 100 g/m2, 바람직하게 30 내지 70 g/m2의 평량을 가지는, 코팅지.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅지는 21 내지 125 g/m2, 바람직하게 33 내지 90 g/m2, 가장 바람직하게 40 내지 80 g/m2의 평량을 가지는, 코팅지.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅지는 신장성(extensible)인, 코팅지.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅지는 크레이핑된(creped), 코팅지.
  30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀룰로오스층은 포화된, 코팅지.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 따른 코팅지를 포함하는 포장재.
  32. 코팅지의 제조 방법으로서, 상기 방법은:
    셀룰로오스층을 제공하는 단계,
    왁스 및 충전제를 포함하는 제1 코팅 조성물의 수성 분산액 또는 에멀젼을 상기 셀룰로오스층의 적어도 일 표면에 도포하여 제1 코팅을 형성하는 단계,
    상기 제1 코팅을 건조하여 제1 코팅층을 형성하는 단계,
    왁스 및 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에스테르, 폴리사카라이드 에테르 및 폴리사카라이드 에테르 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 폴리머를 포함하는 제2 코팅 조성물의 수성 분산액 또는 에멀젼을 상기 제1 코팅층상에 도포하여 상기 왁스 및 상기 폴리머를 포함하는 제2 코팅을 형성하는 단계, 및
    상기 제2 코팅을 건조하여 제2 코팅층을 형성하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 셀룰로오스층을 코팅하기 전에 세로 방향(machine direction)으로 압축하여 신장성 셀룰로오스층을 제공하는, 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 셀룰로오스층은 크레이핑(creping)에 의하여 세로 방향으로 압축되는, 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 셀룰로오스층의 크레이핑 단계에서, 상기 셀룰로오스층은 크레이프 실린더 상에서 이동하고 닥터 블레이드로 제거되고, 닥터 블레이드 표면 위에서 전달 장치로 전달되고, 상기 크레이핑은 상기 전달 장치의 속도를 상기 크레이프 실린더에 대하여 10 내지 50%로 지연시킴으로써 조절되는, 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 셀룰로오스층을 세로 방향으로 압축하는 단계는 실린더, 닙 바(nip bar), 상기 실린더와 닙 바 사이의 갭, 및 상기 갭 내에 위치하는 고무 밴드를 포함하는 Clupak 신장 장치(extensible unit) 내에서 수행되는, 방법.
  37. 제32항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅 형성 단계에서, 상기 제1 및 제2 코팅 조성물의 수성 분산액 또는 에멀젼은 각각 상기 셀룰로오스층의 양면에 도포되는, 방법.
  38. 제32항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅 형성 단계에서, 상기 코팅 조성물의 수성 분산액 또는 에멀젼은 상기 셀룰로오스층의 일면에만 도포되는, 방법.
  39. 제32항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀룰로오스층의 적어도 일면이 코팅 전 포화되는, 방법.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 셀룰로오스층은 왁스, 폴리에스테르, 폴리사카라이드, 폴리사카라이드 에스테르, 폴리사카라이드 에테르, 폴리사카라이드 에테르 에스테르, 글리세롤, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 알코올, 연화제 및 무기 충전제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물로 포화되는, 방법.
  41. 제32항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅지는 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 따른 코팅지인, 방법.
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