KR20240019387A - 고 배리어 코팅된 보드지 - Google Patents

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KR20240019387A
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제프리 노브스
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에버그린 패키징 엘엘씨
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Abstract

압출된 배리어층을 가지는 보드지 구조가 제공된다. 층 증배 압출을 사용하여 나일론 배리어층 특성이 개선될 수 있는 것이 확인되었다. 압출 코팅을 통한 증배된 층에서의 메탈로센 PE의 추가 포함은 보드지 기재를 위한 배리어 특성의 추가 개선을 제공한다.

Description

고 배리어 코팅된 보드지{High Barrier Coated Paperboard}
본 발명은 층 증배 기술(layer multiplication technology; LMT)이 다중 코팅을 보드지(paperboard) 기재(substrate) 상에 압출시키는 압출된 보드지 층에 관한 것이다. 층 증배 기술은 설계된 두께의 코팅을 공압출(coextrusion)하는 것을 가능하게 하지만 표준 공압출을 통해 달성할 수 있는 것보다 더 많은 층을 가진다. LMT는 압출된 층에서 다중 미세층을 생성하기 위한 "유동 적층(flow stacking)"을 초래한다.
본 발명은 일반적으로 보드지 기재상에 코팅층을 압출하는 것에 관한 것으로 보드지 기재가 식품 포장, 식품 및 비 식품 품목의 액체 포장, 및 다양한 소비자 상품들의 유지 및 분배를 위한 유사한 용도에 사용될 수 있는 유용한 기계적 및 화학적 특성을 갖도록 한다. 전통적으로, 압출된 코팅은 보드 강성, 수증기 투과에 대한 배리어 특성, 산소 배리어 투과, 및 압출된 배리어층 및/또는 보드지 내의 포장 내용물의 "스캘핑(scalping)" 또는 침투를 최소화하는 능력을 포함하는 수많은 변수를 포함할 수 있는 전체 보드지 구조에 기여하는 능력에 대해 선택되었다.
본 발명에서 참조로 포함된 가요성 포장을 위한 미세층 압출 코팅 및 라미네이팅이라는 제목의 미국 특허 제8,986,823호는 압출 라미네이션 또는 미세층 구조를 가지는 압출 코팅에 사용하기 위한 압출물을 개시한다. 구조는 경계층과 스킨층 사이에 샌드위치된 미세층 코어를 갖는다. 스킨층 및 경계층은 LDPE이다. 미세층 코어는 EVOH, PVDC, 나일론(폴리아미드), 폴리에스테르, HDPE, LDPE, PP, PET 및 조합을 포함하는 적어도 하나의 배리어 폴리머를 함유한다.
본 발명에서 참조로 포함된 미국 공개공보 2007/0269622A는 양면에 폴리머 코팅을 갖는 종이 또는 보드지의 코어층을 포함하는 식품 포장을 위한 미세층 저 스캘핑 배리어 포장 재료를 개시한다. 식품 접촉면은 폴리올레핀층, 타이층(Tie layer), 폴리아미드층, 타이층 및 폴리올레핀층의 배리어 구조를 함유한다. 층이 도포되어(applied) 폴리올레핀층 각각에 대한 15:46, 타이층의 각각에 대한 5:46 및 폴리아미드층에 대한 6:46의 각각의 시리즈에서의 물질들의 중량비를 제공한다. 폴리올레핀층에 대한 옵션으로서 메탈로센 LLDPE가 언급되고, 구조는 미세층을 사용하여 제공될 수 있다.
본 발명에서 참고로 포함된 미국 공개공보 2008/0038547A1은 양면에 폴리머 코팅을 갖는 종이 또는 보드지의 코어층을 갖는 재료를 포장하기 위한 평평한 필름 배리어를 개시한다. 식품 접촉면은 폴리올레핀층, 타이층, 폴리아미드층, 타이층 및 폴리올레핀층의 배리어 구조를 함유한다. 층이 도포되어 폴리올레핀층의 경우 15:50, 타이층의 경우 5:50 및 폴리아미드층의 경우 10:50의 각 시리즈에서의 물질들의 중량비를 제공한다. 폴리올레핀층에 대한 옵션으로서 메탈로센 LLDPE가 언급되고, 압출된 구조의 하나 이상의 층을 도포하기 위해 LMT가 사용될 수 있다.
본 발명에서 참고로 포함된 미국 공개공보 2015/0343748A1은 바이오폴리머를 포함하는 다층 열가소성 폴리머 필름을 개시한다. 다층 필름은 적어도 5개의 층을 가지며 10마이크론 내지 100마이크론의 총 두께를 갖는다. 필름은 폴리올레핀의 제 1 외부층, 제 1 타이층, 폴리락트산을 포함하는 코어층(코어층은 필름의 총 부피의 5% 내지 30%이다), 제 2 타이층, 폴리올레핀의 제 2 외부층을 포함한다; 및 여기서 제 1 타이층은 제 1 외부층과 코어층 사이에 배치되고, 제 2 타이층은 코어층과 제 2 외부층 사이에 배치된다. 미세층 기술의 사용은 다층 필름을 생성하기 위한 옵션으로서 명세서에서 기술된다.
본 발명에서 참고로 포함된 미국 공개공보 2014/0205847A는 적어도 하나의 랜덤 폴리프로필렌 코폴리머를 갖는 코어층 및 코어층에 인접한 적어도 하나의 스킨 또는 중간층을 갖는 다층 취입(blown) 필름에 관한 것이다. 다층 필름은 충격 폴리프로필렌 코폴리머를 가지는 코어층에 비해 적어도 30% 더 높은 향상된 기계 방향 인열(tear)을 가진다.
당업계에 알려진 아주 다양한 구조가 존재하지만, 배리어층에 대해 향상된 기능성 및/또는 효과적인 식품 및 비 식품 보드지 포장을 저렴한 비용으로 제공할 수 있는 능력을 가진 배리어 구조를 제공하기 위한 당해 기술 분야에서의 개선 및 변형의 여지가 남아있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하는 것을 그 과제로 한다.
본 발명 실시태양의 적어도 하나의 일 양태는 향상된 배리어 특성을 제공하기 위해 공압출된 구조에서 층 증배(LM)를 제공하는 것이다.
본 발명의 적어도 하나의 실시태양의 다른 양태는 배리어층이 메탈로센 폴리올레핀(mPE), 또는 나일론층 또는 EVOH층의 적어도 하나의 층을 따라 도포된 mPE와 PE의 블렌드를 포함하는 LM 공정을 통해 도포된 압출 배리어층을 제공하는 것이다.
본 발명의 적어도 하나의 실시태양의 다른 양태는 보드 표면이 순서대로 다음을 포함하는 식품 접촉 표면을 갖는 보드지 포장 기재를 제공하는 것이다:
6# 나일론/2# 타이/12# LDPE/1.5# 타이/2# EVOH/1.5# 타이/6# LDPE.
또한, 압출된 기재의 일부는 다발층(bundled layer)이 층 증배 기술을 사용하여 도포되도록 다발화될 수 있다. 다발층은 나일론/타이/LDPE 성분을 포함할 수 있고, 비례 중량비 및 다음의 증배층을 갖는 구조로 압출되는 14개 증배층(multiplied layers)의 4X 층 증배 압출 패턴을 초래할 수 있다:
나일론/나일론/타이/LDPE/나일론/타이/LDPE/나일론/타이/LDPE/나일론/타이/LDPE/LDPE.
본 발명의 적어도 하나의 실시태양의 다른 양태는 다음을 포함하는 식품 접촉 표면을 갖는 보드 기재를 제공하는 것이다:
6# 나일론/2# 타이/6# mPE 블렌드(20% mPE+80% LDPE)/6# LDPE/1.5# 타이/2# EVOH/1.5# 타이/6# LDPE.
또한, 압출된 기재의 일부는 다발층이 층 증배 기술을 사용하여 도포되도록 다발화될 수 있다. 다발층은 나일론/타이/mPE 블렌드 성분을 포함할 수 있고, 비례 중량비 및 압출된 기재 내에서 다음의 증배층을 갖는 구조로 압출되는 14개 증배층의 4X 층 증배 압출 패턴을 초래할 수 있다:
나일론/나일론/타이/블렌드/나일론/타이/블렌드/나일론/타이/블렌드/나일론/타이/블렌드/블렌드.
본 발명의 적어도 하나의 실시태양의 다른 양태는 6# 나일론/2# 타이/12# LDPE/1.5# 타이/2# EVOH/1.5# 타이/6# LDPE의 식품 접촉 표면을 갖는 보드 기재를 제공하는 것이다.
또한, 압출된 기재의 일부는 다발층이 층 증배 기술을 사용하여 도포되도록 다발화될 수 있다. 다발층은 LDPE/타이/EVOH/타이/LDPE 성분을 포함할 수 있고, 비례 중량비 및 압출된 기재 내에서 다음의 증배층을 갖는 구조로 압출되는 14개 증배층의 4X 층 증배 압출 패턴을 초래할 수 있다:
LDPE/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/LDPE.
본 발명의 적어도 하나의 실시태양의 다른 양태는 다음을 포함하는 식품 접촉 표면을 갖는 보드 기재를 제공하는 것이다:
6# 나일론/2# 타이/6# mPE 블렌드(20% mPE+80% LDPE)/6# mPE 블렌드/1.5# 타이/2# EVOH/1.5# 타이/6# mPE 블렌드.
또한, 압출된 기재의 일부는 다발층이 층 증배 기술을 사용하여 도포되도록 다발화될 수 있다. 다발층은 mPE 블렌드/타이/mPE 블렌드/타이/EVOH/타이/mPE 블렌드 성분을 포함할 수 있고, 비례 중량비 및 압출된 기재 내에서 다음의 증배층을 갖는 구조로 압출되는 14개 증배층의 4X 층 증배 압출 패턴을 초래할 수 있다:
mPE 블렌드/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/mPE 블렌드.
본 발명의 적어도 하나의 실시태양의 다른 양태는 외부 표면 및 내부 표면을 가지는 보드지, 외부 표면은 식품 접촉 표면을 정의(defining)한다; 나일론/나일론/타이/mPE 블렌드/나일론/타이/mPE 블렌드/나일론/타이/mPE 블렌드/나일론/타이/mPE 블렌드/mPE 블렌드의 순서로 외부 보드 표면에 바로 도포된 다층 압출부; 블렌드층에 도포된 타이층; 타이층에 도포된 EVOH층; EVOH층에 도포된 타이층; 및 타이층에 도포된 LDPE층을 포함하거나 이로 이루어진 식품 포장용 보드지 기재를 제공하는 것이다.
본 발명의 적어도 하나의 실시태양의 다른 양태는 외부 표면 및 내부 표면을 가지는 보드지, 외부 표면은 식품 접촉 표면을 정의한다; 보드 표면에 바로 도포되며 나일론/나일론/타이/mPE 블렌드/나일론/타이/mPE 블렌드/나일론/타이/mPE 블렌드/나일론/타이/mPE 블렌드/mPE 블렌드의 구조를 가지는 다층 압출부; 및 다층 압출부에 도포된 LDPE층/타이층/EVOH층/타이층/LDPE 순서의 추가 압출층을 포함하거나 이로 이루어진 식품 포장용 보드지 기재를 제공하는 것이다.
본 발명의 적어도 하나의 실시태양의 다른 양태는 외부 표면 및 내부 표면을 가지는 보드지, 외부 표면은 식품 접촉 표면을 정의한다; 보드 표면에 바로 도포되며 나일론/나일론/타이/mPE 블렌드/나일론/타이/mPE 블렌드/나일론/타이/mPE 블렌드/나일론/타이/mPE 블렌드/mPE 블렌드의 구조를 가지는 다층 압출부; 및 다층 압출부에 도포된 LDPE의 추가 압출층을 포함하거나 이로 이루어진 식품 포장용 보드지 기재를 제공하는 것이다.
보드지 기재는 나일론 6과 비정질 나일론의 블렌드를 가질 수 있다. 나일론은 비정질 나일론, 또는 MXD 나일론, 또는 나일론 6과 비정질 나일론의 블렌드일 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 실시태양의 다른 양태는 외부 표면 및 내부 표면을 가지는 보드지, 외부 표면은 식품 접촉 표면을 정의한다; 외부 표면에 도포된 복수의 압출된 폴리머층, 폴리머층은 적어도 하나의 배리어층을 추가로 정의하며, 배리어층은 다층 압출로서 도포되고 나일론 6, 나일론 6과 비정질 나일론의 블렌드, 비정질 나일론, MXD 나일론, mPE, mPE와 LDPE의 블렌드, 나일론 6과 mPE의 조합, 나일론 6과 mPE와 LDPE의 블렌드의 조합 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택됨을 포함하거나 이로 이루어진 보드지 기재를 제공하는 것이다.
LM의 사용은 LM을 사용하여 제조된 층의 모듈러스(강성)를 상당히 개선시키는 것으로 밝혀졌다. 이러한 증가된 강성의 결과로 보드지 카톤(carton)의 단단함에 있어 상응하는 증가가 나타난다. 이는 차례로 보드지 카톤에서 벌지(bulge) 특성이 감소된 구조를 초래할 수 있다. 대안적으로, 강성의 증가는 LM이 사용될 때 보드지 기재에 보다 적은 폴리머 수지가 도포될 수 있게 하여, 보드지 카톤의 제조 비용을 감소시킬 수 있다. LM으로 제조된 카톤은 감소된 양의 폴리머 수지를 사용할 수 있으며 여전히 기존 보드지 카톤과 유사한 성능을 달성할 수 있다. LM은 또한 가스 및 수분 분자에 대한 더 구불구불한 경로를 생성하기 위해 배리어층의 수를 증가시키고 더 나은 배리어를 초래하는 것으로 여겨진다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 양태 및 이점은 다음의 설명 및 첨부된 청구항을 참조하여 더 잘 이해될 것이다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
하나 이상의 실시예가 제시된 본 발명의 실시태양을 상세히 참조할 것이다. 각 실시예는 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니라 본 발명을 설명하기 위해 제공된다. 실제로, 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나지 않고 본 발명에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시태양의 일부로서 도시되거나 설명된 특징은 다른 실시태양에서 사용되어 또 다른 실시태양을 생성할 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항 및 그 등가물의 범위 내에 있는 그러한 수정 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다. 본 발명의 다른 목적, 특징 및 양태는 다음의 상세한 설명에 개시되어 있다. 본 논의는 단지 예시적인 실시태양에 대한 설명이며, 본 발명의 더 넓은 양태를 제한하는 것으로 의도되지 않으며, 보다 넓은 양태는 예시적인 구성으로 구현되는 것으로 당업자에 의해 이해되어야 한다.
압출된 보드지 샘플을 공압출 공급 블록을 통해 조정 가능한 슬롯 다이에 연결된 3개의 압출기(2.5", 2" 및 1.25" 직경)를 포함하는 파일럿 규모 공압출 라인을 사용하여 제조하였다. 표준 온도 프로파일 및 수지를 사용하여 샘플을 제조하였다.
층 증배가 사용되며 개재층을 갖지 않는 2개의 타이층 또는 2개의 나일론층과 같은 인접한 동일한 층을 야기할 수 있는 압출 성분들의 다발인 본 발명에 제시된 모든 실시예는, 최종 구조의 물리적 조사가 층들 사이의 경계를 보여주지 못할 수 있다. 하지만, 출발 파운드 비율 및 사용된 셀렉터 핀을 아는 당업자는 압출된 층이 두 부분으로 형성되었음을 층의 두께로부터 구별할 수 있을 것이다. 명확성을 위해, 최종 다발층은 압출된 프로파일에 대해 별도의 층으로서 제시될 것이다.
실시예 1-5에서, "나일론"의 사용은 나일론 6을 지칭한다. "#"은 "파운드"를 나타내며 보드 표면의 3,000 제곱 피트 당 파운드(lbs)를 기준으로 한다.
본 발명에서 유용한 것으로 여겨지는 폴리아미드는 나일론 6, 나일론 6-6, 나일론 6-10, 비정질 나일론, MXD6 나일론 등이다. 나일론 6은 특정 실시태양의 바람직한 성분이다. 폴리올레핀은 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 메탈로센 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 메탈로센 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.
실시예 1
샘플 1(대조군)
무광택면: 6# 나일론/2# 타이/12# LDPE/1.5# 타이/2# EVOH/1.5# 타이/6# LDPE
광택면: 12# LDPE
샘플 2(나일론/타이층 상의 LM)
무광택면: 6# 나일론/2# 타이/12# LDPE/1.5# 타이/2# EVOH/1.5# 타이/6# LDPE
광택면: 12# LDPE
다발층은 LDPE/타이/나일론/타이/LDPE 성분을 포함할 수 있고, 비례 중량비 및 압출된 기재 내에서 다음의 증배층을 갖는 구조로 압출되는 14개 증배층의 4X 층 증배 압출 패턴을 초래할 수 있다:
LDPE/타이/나일론/타이/타이/나일론/타이/타이/나일론/타이/타이/나일론/타이/LDPE
샘플 3(타이/EVOH/타이층 상의 LMT)
무광택면: 6# 나일론/2# 타이/12# LDPE/1.5# 타이/2# EVOH/1.5# 타이/6# LDPE
광택면: 12# LDPE
다발층은 LDPE/타이/EVOH/타이/LDPE 성분을 포함할 수 있고, 비례 중량비 및 다음의 증배층을 갖는 구조로 압출되는 14개 증배층의 4X 층 증배 압출 패턴을 초래할 수 있다:
LDPE/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/LDPE
샘플 4(나일론/타이층 및 타이/EVOH/타이층 상의 LMT)
무광택면: 6# 나일론/2# 타이/12# LDPE/1.5# 타이/2# EVOH/1.5# 타이/6# LDPE
광택면: 12# LDPE
무광택면 상의 최종 28개 층의 압출된 구조는 다음과 같다:
나일론/나일론/타이/LDPE/나일론/타이/LDPE/나일론/타이/LDPE/나일론/타이/LDPE/LDPE/LDPE/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/LDPE
증배층을 사용하는 효과는 현미경으로 볼 수 있으며 각 층은 분리되어 있고 잘 정의되어 있다. 샘플 2(나일론/타이층 상의 LM)로부터의 압출 코팅 보드지의 단면은 명확하게 보이는 나일론의 적층된 층을 나타낸다(도시되지 않음).
아래의 표 1은 LM이 분리된 층들에 사용된 압출 코팅 보드지의 샘플 스트립을 테스트한 영률(Young's Modulus) 테스트 결과를 나타낸다. 스트립은 기계 방향(machine direction; MD) 및 가로 방향(cross direction; CD)에서 테스트되었다. 샘플 1은 LM이 사용되지 않은 제어 조건의 결과를 보여준다. 샘플 2는 나일론 함유층에 대해 LM을 사용하였으며, 샘플 3은 EVOH층에 대해 LM을 사용하였고, 샘플 4는 나일론 및 EVOH 함유층 모두에 대해 LM을 사용하였다.
무광택층의 모듈러스가 측정되었고, 그 결과를 아래 차트에 나타내었다. 데이터는 LM이 나일론층에 적용될 때 MD 및 CD 모듈이 모두 40% 증가함을 나타낸다. LM이 EVOH층에 적용될 때, MD 모듈러스에는 영향을 미치지 않는 반면 CD 모듈러스는 96% 증가한다. 하지만, 나일론 및 EVOH층 모두가 증배될 때, 모듈러스의 순수한 전체적인 개선(net overall improvement)은 없다.
LM 사용의 효과는 최종 코팅 보드지의 배리어 특성에서도 볼 수 있다. LM을 사용하여 나일론 함유층이 제조될 때 산소 투과율(oxygen transmission rate; OTR)은 20% 향상된다. 샘플 1(대조군)에 대해 측정된 OTR은 0.93cc/m2·day이었고 샘플 2(나일론층 상의 LM)에 대해 측정된 OTR은 0.74cc/m2·day이었다. LM을 적용한 경우 EVOH층의 OTR에는 영향이 없었다.
수증기 투과율(water vapor transmission rate; WVTR)이 측정될 때, 나일론층 단독 및 EVOH층 단독 중 어느 것도 WVTR에 대한 영향을 나타내지 않았다. 하지만, 두 층 모두 LM으로 만들어지는 경우, WVTR이 21% 떨어지는 예상치 못한 부가 효과(additive effect)가 나타났다. 샘플 1(대조군)에 대해 측정된 WVTR은 1.49g/m2·day이었고 샘플 4(나일론 및 EVOH층 모두 상의 LMT)에 대해 측정된 WVTR은 1.17g/m2·day이었다.
LM은 표준 공압출을 통해 달성할 수 있는 것보다 더 많은 층으로 표준 전체 두께의 코팅을 공압출하는 것을 가능하게 한다. LM은 본질적으로 미세층 구조를 생성하기 위한 "유동 적층"을 초래한다. 공압출된 제품에서의 LMT의 사용은 가스 및 수분 분자에 대한 훨씬 더 구불구불한 경로를 초래하는 배리어층의 수의 증가로 인해 향상된 배리어 특성을 제공하는 것으로 여겨진다.
하지만, 놀랍게도 메탈로센-촉매화된 LLDPE(mPE)와 조합하여 LM을 사용하면 공압출 코팅 보드지의 산소 및 수증기 배리어 특성을 현저하게 향상시킨다는 것이 발견되었다. 이 시너지 효과는 LM을 표준 LDPE와 함께 사용하거나 mPE를 LMT 없이 사용하는 경우보다 더 두드러진다. 다시 말하면, LM이 적용된 mPE는 LM이 있는 LDPE 또는 LM이 없는 mPE의 사용보다 더 나은 향상을 보여준다.
압출 보드지 샘플을 공압출 공급 블록을 통해 조절 가능한 슬롯 다이에 연결된 3개의 압출기(2.5", 2" 및 1.25" 직경)로 구성된 파일럿 규모 공압출 라인을 사용하여 제조하였다. 표준 온도 프로파일 및 수지를 사용하여 샘플을 제조하였다. 대조군을 제외한 모든 샘플의 제조를 위해 4X LM을 사용하였다.
실시예 2
샘플 1(대조군)
무광택면: 6# 나일론/2# 타이/12# LDPE/1.5# 타이/2# EVOH/1.5# 타이/6# LDPE
광택면: 12# LDPE
샘플 2(나일론, 타이 및 LDPE의 다발 상의 LM)
무광택면: 6# 나일론/2# 타이/12# LDPE/1.5# 타이/2# EVOH/1.5# 타이/6# LDPE
광택면: 12# LDPE
다발층은 나일론/타이/LDPE 성분을 포함하고, 비례 중량비 및 무광택면 내에서 다음의 증배층 압출을 갖는 구조로 압출되는 14개 증배층의 4X 층 증배 압출 패턴을 초래한다:
나일론/나일론/타이/LDPE/나일론/타이/LDPE/나일론/타이/LDPE/나일론/타이/LDPE/LDPE.
샘플 3(나일론, 타이 및 mPE의 나일론 다발 상의 LM)
무광택면: 6# 나일론/2# 타이/6# mPE 블렌드(20% mPE+80% LDPE)/6# LDPE)/1.5# 타이/2# EVOH/1.5# 타이/6#
광택면: 12# LDPE
다발층은 나일론/타이/mPE 블렌드 성분을 포함할 수 있고, 비례 중량비 및 무광택면 내에서 다음의 증배층 압출을 갖는 구조로 압출되는 14개 증배층의 4X 층 증배 압출 패턴을 초래할 수 있다:
나일론/나일론/타이/블렌드/나일론/타이/블렌드/나일론/타이/블렌드/나일론/타이/블렌드/블렌드.
샘플 4(LDPE, 타이, EVOH, 타이 및 LDPE의 EVOH 다발 상의 LM)
무광택면: 6# 나일론/2# 타이/12# LDPE/1.5# 타이/2# EVOH/1.5# 타이/6# LDPE
광택면: 12# LDPE
다발층은 LDPE/타이/EVOH/타이/LDPE 성분을 포함할 수 있고, 비례 중량비 및 무광택면 내에서 다음의 증배층 압출을 갖는 구조로 압출되는 14개 증배층의 4X 층 증배 압출 패턴을 초래할 수 있다:
LDPE/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/LDPE
샘플 5(mPE 블렌드, 타이, mPE 블렌드, 타이, EVOH, 타이 및 mPE 블렌드를 갖는 EVOH 다발 상의 LM)
무광택면: 6# 나일론/2# 타이/6# LDPE/6# mPE 블렌드(20% mPE+80% LDPE)/1.5# 타이/2# EVOH/1.5# 타이/6# mPE 블렌드
광택면: 12# LDPE
다발층은 mPE 블렌드/타이/mPE 블렌드/타이/EVOH/타이/mPE 블렌드 성분을 포함할 수 있고, 비례 중량비 및 무광택면 내에서 다음의 증배층 압출을 갖는 구조로 압출되는 14개 증배층의 4X 층 증배 압출 패턴을 초래할 수 있다:
mPE 블렌드/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/mPE 블렌드.
실시예 2에 대한 OTR 결과(23℃ 및 50% RH에서 테스트됨)
샘플 LM층 OTR(cc/m2·day)
1 없음(대조군) 0.93
2 나일론/타이/LDPE 0.74
3 나일론/타이/mPE 블렌드 0.41
4 LDPE/타이/EVOH/타이/LDPE 1.01
5 mPE 블렌드/타이/mPE 블렌드/타이/EVOH/타이/mPE 블렌드 0.40
표 2는 실시예 2 샘플에 대한 산소 투과율(OTR)의 결과를 보여준다. mPE를 포함하는 샘플 3 및 5는 가장 좁은 범위(범위 데이터는 표시되지 않음)뿐만 아니라 가장 낮은 OTR 값을 보여준다. 샘플 2 및 3은 샘플 3이 LM 처리된 무광택면 코팅 부분에 mPE를 포함한다는 점을 제외하고는 그들의 제형 및 제조에서 동일하다. 유사하게, 샘플 4 및 5는 샘플 5가 LM 처리된 무광택면 코팅 부분에 mPE를 포함한다는 점을 제외하고는 동일하다. 데이터는 증배된 코팅의 다발 부분에 mPE를 포함시키는 것이 LM 그 자체를 넘어서는 현저한 효과를 가진다는 것을 입증한다. 나일론 다발(샘플 2) 상에 LM이 사용되는 경우 OTR의 20% 감소가 관찰된다. LMT에 의해 mPE가 나일론 다발에 포함되는 경우(샘플 3), mPE가 없는 샘플(샘플 2)와 비교하여 45%의 감소가 달성된다. 샘플 3은 대조군과 비교하여 OTR의 55% 감소를 가진다(샘플 1). EVOH 다발(샘플 4)이 LM을 사용하여 분할된 경우 OTR에 대한 어떠한 효과도 보이지 않는다. 샘플 4에 대한 OTR 값은 대조군(샘플 1)의 OTR 값보다 높지만 방법과 관련된 허용가능한 오차 이내이다. 하지만 mPE가 분할된 EVOH 다발에 포함된 경우(샘플 5) 대조군(샘플 1)과 비교하여 OTR의 57% 감소가 나타난다.
WVTR 결과(37.8℃ 및 50% RH에서 테스트됨)
샘플 LM층 WVTR(g/m2·day)
1 없음(대조군) 1.50
2 나일론/타이/LDPE 1.44
3 나일론/타이/mPE 블렌드 0.90
4 LDPE/타이/EVOH/타이/LDPE 1.52
5 mPE 블렌드/타이/mPE 블렌드/타이/EVOH/타이/mPE 블렌드 0.93
표 3은 실시예 2, 샘플 1-5에 대한 수증기 투과율(WVTR)에 대한 데이터를 나타낸다. WVTR 데이터는 OTR에서 보인 것과 유사한 효과를 보여준다. WVTR의 뚜렷한 향상은 LM이 사용된 다발에 mPE가 포함되는 경우 나타난다. 나일론 다발과 함께 LM을 사용하는 것은(샘플 2) WVTR의 현저한 감소를 나타내지 않는다. 하지만, mPE가 LMT에 의해 나일론 다발에 포함된 경우(샘플 3), 대조군(샘플 1)과 비교하여 40%의 감소가 달성된다. 유사하게, EVOH 다발에 LM을 단독으로 적용하는 경우(샘플 4) WVTR 상의 현저한 효과가 없었다. 하지만, mPE가 LM에 의해 EVOH 다발에 포함된 경우(샘플 5), 대조군(샘플 1)과 비교하여 38%의 감소가 달성된다.
셀렉터 핀 2X 4X
AACBB AACBACBB AACBACBACBACBB
ACBCA ACBCCBCA ACBCCBCCBCCBCA
나일론 다발의 경우 A=나일론, B=LDPE 또는 mPE/LDPE 및 C=타이EVOH 다발의 경우 A=LDPE 또는 mPE/LDPE, B=EVOH, 및 C=타이
표 4에서 가장 잘 보여지는 바와 같이, 원하는 층이 일련의 반복 구조로서 비례적으로 압출되는 층 증배 기술이 제공될 수 있다. 압출기의 셀렉터 핀은 다양한 조합으로 설정되어 전통적인 보드 압출 층 내의 하위 구성요소에 대해 원하는 증배 압출 패턴을 생성할 수 있다.
샘플 2 및 3에 대한 나일론 다발은 셀렉터 핀 AACBB를 갖는 표 4의 컬럼 제목 4X에 제시된 바와 같은 다발 패턴을 생성하기 위한 나일론/타이/LDPE 또는 나일론/타이/mPE 블렌드의 층 증배에 관한 것이다. 샘플 5에서, LM 다발은 셀렉터 핀 AACBB를 갖는 mPE 블렌드/타이/mPE 블렌드/타이/EVOH/타이/mPE 블렌드의 다발 압출된 기재에 관한 것이다.
층 증배 기술을 사용하여 배리어 압출 층의 일부를 압출하는 능력은 전통적인 압출 패턴을 사용하여 도포된 유사한 중량 층보다 현저하게 우수한 수증기 투과율 및 산소 투과율에서의 배리어 특성의 현저한 향상을 가능하게 한다.
실시예 3 향상된 WVTR 성능
공압출 공급 블록을 통해 조절 가능한 슬롯 다이에 연결된 3개의 압출기(2.5", 2" 및 1.25" 직경)로 구성된 파일럿 스케일 공압출 라인을 사용하여 대조군 및 테스트 조건을 준비하였다. 동일한 수지가 두 샘플 모두에 사용되었다. 테스트 조건은 나일론/타이/LDPE층의 경우 AACBB 핀 셀렉션 및 타이/EVOH/타이/LDPE층의 경우 ACBCA 핀 셀렉션을 사용하여 전체 무광택층에서 4X LM을 사용하였다. 대조군 조건에는 LM을 사용하지 않았다.
대조군 및 테스트 조건은 모두 다음과 같은 구조를 가졌다(광택에서부터 무광택):
12# LDPE/132# 보드/6# 나일론/2# 타이/12# LDPE/1.5# 타이/2# EVOH/1.5# 타이/6# LDPE
보드 표면에서 시작하여 보드에 도포된 최종 28개의 층 구조는 다음과 같다:
나일론/나일론/타이/LDPE/나일론/타이/LDPE/나일론/타이/LDPE/나일론/타이/LDPE/LDPE/LDPE/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/LDPE
테스트 시, 대조군 조건은 0.57g/m2·day의 WVTR을 갖는 것으로 나타났고, 전체 무광택층 상에서 4X LM을 사용한 테스트 조건은 0.38g/m2·day의 WVTR, 34%의 향상을 갖는 것으로 나타났다. WVTR은 37.8℃ 및 50% RH에서 테스트되었다.
실시예 4. 향상된 WVTR 성능 - 감소된 코팅 무게를 가지는 mPE의 효과
공압출 공급 블록을 통해 조절 가능한 슬롯 다이에 연결된 3개의 압출기(2.5", 2" 및 1.25" 직경)로 구성된 파일럿 스케일 공압출 라인을 사용하여 대조군 및 테스트 조건을 준비하였다. 테스트 조건 1은 나일론의 경우 4X LM을 사용하고 EVOH의 경우 2X LM을 사용하였다. 테스트 조건 2는 나일론의 경우 4X LM을 사용하고 EVOH의 경우 2X LM, 무광택층에 대해 20% mPE, 나일론 코팅 중량의 33% 감소 및 mPE 코팅 중량의 16% 감소를 사용하였다. 테스트 조건 2에서 메탈로센 LLDPE(mPE)가 LDPE로 대체된 것을 제외하고는 동일한 수지가 모든 샘플에 사용되었다. 테스트 조건은 LM에 대해 ACBCA 셀렉션 핀을 사용하였다.
대조군 샘플은 다음과 같은 구조를 가졌다(광택에서부터 무광택):
12# LDPE/257# 보드/6# 나일론/2# 타이/12# LDPE/1.5# 타이/2# EVOH/1.5# 타이/6# LDPE
샘플 1은 다음과 같은 구조를 가졌다(광택에서부터 무광택):
12# LDPE/257# 보드/3# LDPE/1# 타이/6# 나일론/1# 타이/9# LDPE/1.5# 타이/2# EVOH/1.5# 타이/6# LDPE
샘플 2는 다음과 같은 구조를 가졌다(광택에서부터 무광택):
12# LDPE/257# 보드/3# mPE 블렌드/1# 타이/4# 나일론/1# 타이/8# mPE 블렌드/1.5# 타이/2# EVOH/1.5# 타이/5# mPE 블렌드.
전체 무광택면 배리어층을 LM을 이용하여 다발화하여 비례 중량비 및 다음의 구조로 압출된 증배층의 압출 패턴을 제공하였다:
mPE 블렌드/타이/나일론/타이/타이/나일론/타이/타이/나일론/타이/타이/나일론/타이/mPE 블렌드/mPE 블렌드/타이/EVOH/타이/타이/EVOH/타이/mPE 블렌드.
테스트 시, 대조군 조건은 1.50g/m2·day의 WVTR을 갖는 것으로 나타났고, 테스트 조건 1은 0.91g/m2·day(39% 향상), 테스트 조건 2는 0.65g/m2·day의 WVTR(57% 향상)을 갖는 것으로 나타났다. WVTR은 37.8℃ 및 50% RH에서 테스트되었다. 이들 데이터는 LM의 사용이 압출 코팅 보드지의 WVTR에 상당한 영향을 미친다는 것을 보여준다. 또한, 배리어 구조에 mPE를 포함시키면 배리어에서 폴리머의 코팅 중량이 감소하더라도 WVTR이 더욱 향상된다.
실시예 5. 향상된 WVTR 성능 - 감소된 코팅 무게를 가지는 mPE의 효과
공압출 공급 블록을 통해 조절 가능한 슬롯 다이에 연결된 3개의 압출기(2.5", 2" 및 1.25" 직경)로 구성된 파일럿 스케일 공압출 라인을 사용하여 대조군 및 테스트 조건을 준비하였다. 샘플은 LM에 대해 ACBCA 셀렉터 핀을 사용하였다. 테스트 조건 1은 나일론의 경우 4X LM, 무광택층의 20% mPE 및 나일론 코팅 중량의 33% 감소를 사용하였다. 테스트 조건 2는 나일론의 경우 4X LM, 무광택층의 20% mPE, 나일론 코팅 중량의 33% 감소 및 무광택면 LDPE의 14% 감소를 사용하였다. 테스트 조건 1 및 2에서 메탈로센 LLDPE(mPE)가 LDPE로 대체된 것을 제외하고는 동일한 수지가 모든 샘플에 사용되었다.
대조군 샘플은 다음과 같은 구조를 가졌다(광택에서부터 무광택):
12# LDPE/257# 보드/6# 나일론/2# 타이/23.5# LDPE
샘플 1은 다음과 같은 구조를 가졌다(광택에서부터 무광택):
12# LDPE/257# 보드/3# mPE 블렌드/1# 타이/4# 나일론/1# 타이/3# mPE 블렌드/17.5# LPDE
샘플 2는 다음과 같은 구조를 가졌다(광택에서부터 무광택):
12# LDPE/257# 보드/3# mPE 블렌드/1# 타이/4# 나일론/1# 타이/3# mPE 블렌드/15# LPDE
샘플 1 및 2의 다발화된 층은 동일한 구조를 이용하지만 상이한 코팅 중량을 가진다. ACBCA 핀 셀렉터를 사용하여 LM 다발을 mPE 블렌드/타이/나일론/타이 mPE에 도포하였다. 그런 다음 LPDE의 전통적인 압출층을 LM 다발에 도포하였다. 14개 증배층의 4X 층 증배 압출 패턴은 비례 중량비 및 다음의 증배층을 갖는 구조로 압출되었다: mPE 블렌드/타이/나일론/타이/타이/나일론/타이/타이/나일론/타이/타이/나일론/타이/mPE 블렌드.
테스트 시, 샘플 조건은 2.38g/m2·day의 WVTR을 갖는 것으로 나타났고, 샘플 1은 1.88g/m2·day(21% 향상) 및 샘플 2는 1.42g/m2·day의 WVTR(40% 향상)을 갖는 것으로 나타났다. WVTR은 37.8℃ 및 50% RH에서 테스트되었다. 이들 데이터는 LM에 의해 배리어 구조에 mPE를 포함시키면 배리어에서 폴리머의 코팅 중량이 감소하더라도 WVTR의 현저한 향상을 제공한다는 것을 보여준다.
이에 비해, LM을 사용하지 않고 mPE를 단독으로 사용하는 것은 WVTR에 큰 영향을 미치지 않는다. 나일론을 함유하지만 EVOH를 함유하지 않은 배리어 보드의 파일럿 스케일 공압출 생산으로부터의 샘플은 WVTR에 대한 mPE의 현저한 영향을 나타내지 않았다. 대조군 샘플은 WVTR이 3.30g/m2·day인 반면, 20% mPE를 함유하는 대조군 샘플은 3.41g/m2·day의 WVTR을 가졌다.
본 발명에 기재된 실시예 1-5 및 상응하는 샘플들의 평가는 일부 실시태양들이 나일론층 증배층 또는 EVOH 증배층이 LDPE 또는 mPE 블렌드의 층에 바로 인접하지 않을 때 구조적 무결성을 향상시킨다는 것을 밝혀내었다. 나일론 또는 EVOH와 그 이후의 LDPE 또는 mPE 블렌드의 층 사이에 적어도 하나의 개재층(intervening layer)이 있으면 구조적 무결성이 향상된다.
본 발명에 따르면, EVOH를 배리어층으로서 사용하는 실시태양들의 경우, 구조 내에서의 2#의 낮은 중량은 때때로 EVOH 증배층이 너무 얇아서 이들이 이들의 무결성을 잃을 수 있는 층 증배 구조를 야기할 수 있음을 발견하였다. 따라서, 나일론, LDPE 및 LDPE/mPE 블렌드 상에 층 증배 기술을 이용하는 실시태양들은 보다 적은 중량의 EVOH가 사용될 때 바람직한 구조인 것으로 여겨진다. LDPE와의 블렌드의 일부로서 및 층 증배와 함께 사용될 때 mPE를 포함시키는 것은 배리어 보드의 배리어 특성 및 물리적 특성을 향상시킨다.
블렌드로서 mPE를 포함시키는 능력은 배리어 보드로 제조된 카톤 또는 다른 구조의 능력을 손상시키지 않으면서 중량 기준으로 배리어 물질의 총량을 감소시킬 기회를 제공한다. 나일론 함량이 무광택층에서 4#로부터 감소하고 무광택층에서 LDPE 성분이 4#로 지속적으로 감소된 다양한 구조의 평가에서, 더 낮은 중량의 배리어를 야기하였지만 중량 장벽은 더 낮아졌지만 대조군 카톤에 대한 유사한 성능으로부터 제공된 카톤 벌지(bulge) 데이터로부터 평가된 바와 같이 보다 우수한 저장 수명 성능을 유지하였다.
본 발명에 따르면, 본 발명에서 기술된 구조는 나일론 6 층이 15% 비정질 나일론과 블렌딩되거나, 100% 비정질 나일론으로 완전히 대체되거나, 100% MXD 나일론으로 완전히 대체되는 LM을 사용하여 우수한 배리어 성능을 달성할 수 있음이 또한 밝혀졌다. 예를 들어, 실시예 1에서, 샘플 2-4는 나일론 6 층이 나일론 6 및 15% 비정질 나일론 6의 블렌드로 대체되거나, 100% 비정질 나일론으로 대체되거나, 나일론 6이 100% MXD 나일론으로 대체될 수 있다. 표 5에 제시된 바와 같이, OTR 및 WVTR에 대한 배리어 특성은 대조군 비교와 관련하여 제시된다.
LMT 및 다른 나일론의 배리어 성능
조건 OTR
(cc/m2·day)		 WVTR
(g/m2·day)
실시예 5 대조군 34 2.7
15% 비정질 나일론과 85% 나일론 6 18.5 3.18
100% 비정질 나일론 20.7 3.37
100% MXD 나일론 2.32 2.39
표 5를 참조하여 알 수 있듯이, 15% 비정질 나일론과 85% 나일론 6의 블렌드 상에 층 증배를 수행하면 OTR 및 WVTR 값의 실질적인 향상을 가져온다. 유사하게, 실시예 5 대조군의 구조를 사용하고 나일론 6을 100% 비정질 나일론으로 대체하거나 100% MXD 나일론으로 대체하는 것도 언급된 바와 같은 향상을 가져온다.
따라서, 본 발명에서 제시된 임의의 실시태양에서, 나일론 6을 15% 비정질 나일론과 85% 나일론 6의 블렌드로 치환하면 배리어 특성의 유용한 향상을 가져올 수 있는 것으로 여겨진다. 유사하게, 본 발명에서 제시된 임의의 샘플 실시태양에 대해, 나일론 6을 최대 약 100% 비정질 나일론 또는 100% MXD 나일론으로 대체하는 것은 또한 이들 배리어 성분이 층 증배를 사용하여 도포될 때 향상을 가져올 수 있다.
층 증배의 하나의 이점은 배리어 특성 및 보드 무결성에 대한 향상이 여전히 상업적으로 허용가능한 제품을 유지하면서 다양한 배리어 층 성분의 더 낮은 코팅 중량을 이용할 수 있게 해준다는 것이다. 예를 들어, 제시된 다양한 실시예 및 샘플에서, 6#의 나일론을 나타내는 구조는 4#로 감소된 나일론의 양을 가질 수 있다. 동일한 구조 내에서, 이용되는 LDPE 또는 LDPE 블렌드의 양은 일부 샘플에서는 23.5#에서 19.5#로 다른 실시예에서는 20#에서 16#로, 다른 실시예에서는 26#에서 22#로 감소될 수 있다. 재료 감소로 인한 비용 절감은 상당한 이점을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시태양이 특정 용어, 장치 및 방법을 사용하여 설명되었지만, 이러한 설명은 단지 예시를 위한 것이다. 사용된 단어는 제한이 아니라 설명의 단어이다. 본 발명의 사상 또는 범위 또는 본 발명에 기재된 청구항을 벗어나지 않고 당업자에 의해 변경 및 변형이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 다양한 실시태양의 양태는 전체적으로 또는 부분적으로 상호교환될 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명의 사상 및 범위 및 청구항은 본 발명에 포함된 바람직한 버전의 설명으로 제한되지 않아야 한다.

Claims (12)

  1. 식품 포장용 보드지 기재(paperboard substrate)로,
    외부 표면 및 내부 표면을 가지는 보드지로, 상기 외부 표면은 식품 접촉 표면을 정의하는 것인 보드지;
    나일론/나일론/타이/mPE 블렌드/나일론/타이/mPE 블렌드/나일론/타이/mPE 블렌드/나일론/타이/mPE 블렌드/mPE 블렌드의 순서로 상기 외부 보드 표면에 바로 도포된 다층 압출부;
    상기 블렌드층에 도포된 타이층;
    상기 타이층에 도포된 EVOH층;
    상기 EVOH층에 도포된 타이층; 및
    상기 타이층에 도포된 LDPE층
    을 포함하는 식품 포장용 보드지 기재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    나일론이 나일론 6과 비정질 나일론의 블렌드인 식품 포장용 보드지 기재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    나일론이 비정질 나일론인 식품 포장용 보드지 기재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    나일론이 MXD 나일론인 식품 포장용 보드지 기재.
  5. 식품 포장용 보드지 기재로,
    외부 표면 및 내부 표면을 가지는 보드지로, 상기 외부 표면은 식품 접촉 표면을 정의하는 것인 보드지;
    상기 보드 표면에 바로 도포되며 나일론/나일론/타이/mPE 블렌드/나일론/타이/mPE 블렌드/나일론/타이/mPE 블렌드/나일론/타이/mPE 블렌드/mPE 블렌드의 구조를 가지는 다층 압출부; 및
    상기 다층 압출부에 도포된 LDPE층/타이층/EVOH층/타이층/LDPE 순서의 추가 압출층
    을 포함하는 식품 포장용 보드지 기재.
  6. 제 5 항에 있어서,
    나일론이 나일론 6과 비정질 나일론의 블렌드인 식품 포장용 보드지 기재.
  7. 제 5 항에 있어서,
    나일론이 비정질 나일론인 식품 포장용 보드지 기재.
  8. 제 5 항에 있어서,
    나일론이 MXD 나일론인 식품 포장용 보드지 기재.
  9. 식품 포장용 보드지 기재로,
    외부 표면 및 내부 표면을 가지는 보드지로, 상기 외부 표면은 식품 접촉 표면을 정의하는 것인 보드지;
    상기 보드 표면에 바로 도포되며 나일론/나일론/타이/mPE 블렌드/나일론/타이/mPE 블렌드/나일론/타이/mPE 블렌드/나일론/타이/mPE 블렌드/mPE 블렌드의 구조를 가지는 다층 압출부; 및
    상기 다층 압출부에 도포된 LDPE의 추가 압출층
    을 포함하는 식품 포장용 보드지 기재.
  10. 제 9 항에 있어서,
    나일론이 나일론 6과 비정질 나일론의 블렌드인 식품 포장용 보드지 기재.
  11. 제 9 항에 있어서,
    나일론이 비정질 나일론인 식품 포장용 보드지 기재.
  12. 제 9 항에 있어서,
    나일론이 MXD 나일론인 식품 포장용 보드지 기재.
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