KR910002435B1 - 고주파-접착봉합성 포장용 콘테이너 및 이의 충전 및 접착봉합방법 - Google Patents

고주파-접착봉합성 포장용 콘테이너 및 이의 충전 및 접착봉합방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

고주파-접착봉합성 포장용 콘테이너 및 이의 충전 및 접착봉합방법
충전개구부(filling-opening) 또는 핀치형 충전 밸브(pinch-type filler valve)를 갖는 콘테이너(container)는 핀치 영역에서 고주파-접착봉합성(RF-Sealable)인 중합체를 포함하고 있다.
중합체를 가열하는 수단으로서 고주파 전자 에너지의 용도는 여러분야에서, 특히 통상의 전도성, 대류성 또는 복사성 열 에너지가 적합하지도(실제적이지도) 가능하지도 않은 분야에서, 개량된 기술이다. 예를 들면, 중합체를 중합체 자체 또는 기타 기질에 접착봉합하는 것은(만약 중합체의 조성이 적합하다면) 원하는 최종 제품의 제조에 있어 중요한 상업 기술이 될 수 있다.
고주파 가열조작에는 부적합하거나, 또는 적어도 부적절한 중합체도 약간 있다. 그러한 부적절한 중합체에서는 고주파 가열이 발생하지 않거나, 또는 발생하더라도 비효율적으로 장시간의 처리 기간 후에만 효율적으로 된다. 제품 조립 작업에서, 예를 들면 급열 접착봉합조작은 통상적으로 장시간 가열 접착봉합조작에 걸쳐 바람직하다.
고주파 가열에 부적절한 중합체로는 올레핀 중합체 예를 들면, 에틸렌, 프로필렌, 스티렌 또는 탄소수 2내지 10의 기타 α-올레핀계 불포화 탄화수소의 중합체 및 공중합체가 있다. 이들 올레핀 중합체의 약간은 극성 그룹, 또는 그 내부에 예를 들면 올레핀과의 코모노머(comonomer)로서 아크릴(또는 메타크릴)산 또는 그의 알킬 에스테르의 도입 때문에, 편광성 그룹을 함유할 수 있으며, 또한 이들 그룹은, 고도의 도입시에 소량의 고주파 가열성을 중합체에 부여하는 경향이 있지만, 이 효력은 통상적으로 상업적 기준으로는 수행할 수 없을 정도로 미약하다. 극성 그룹, 예를들면, 염소화 P.E., 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체, PVC, 염화 폴리비닐이딘 및 폴리아마이드를 갖는 중합체 약간은 특정한 전자복사 주파수의 작용하에 가열할 수 있지만, 더 높은 고주파를 사용하는 결합에는 통상적으로 부적절하다.
폴리에틸렌은 특히 감광제를 중합체에 첨가하지 않는한, 고주파 가열에 실제적으로 부적합한 기술이라고 당해 기술분야에 틀별히 공지되어 있으며; 이러한 사실은 중합체가 직쇄인가 또는 측쇄인가의 여부, 또는 중합체가 저밀도, 중밀도 또는 고밀도인가의 여부에 상관없이 사실이다. (참고:예를 들면, 미합중국 특허 제 3,336,173호, 미합중국 특허 제3,640,913호 및 미합중국 특허 제3,810,799호).
충전개구부 외에는 실제적으로 밀폐되어 있고 충전개구부를 밀폐돤 상태로 핀칭한 다음 밀페된 충전개구부를 유지시키는 수단을 제공함으로써 접착봉합될 수 있는 다양한 형태의 포장용 콘테이너가 있다. 이러한 콘테이너로는 개구형 백(open-top bag), 핀치 밸부가 있는 백, 개구형 단부 튜브(open-end tube)등이 있다. 통상적으로 그러한 톤테이너는, 적어도 충전된 후에 핀치되는 영역에서는 다층 구조이다.
본 발명은 고주파 가열성을 콘테이너가 밀폐된 상태에서 충전되고 고정된 후 핀치된 충전개구부를 갖는, 개구형 입구 단부 콘테이너(또는 백), 밸브 백 등의 핀치 영역에 전하는 방법 및 수단을 제공한다.
본 발명은 또한 충전개구부 외에는 거의 밀페된 다층 구조의 포장용 콘테이너에 관한 것으로서, 충전개구부의 적어도 내벽면상이 고주파-접착봉합성 중합체의 내층으로 이루어짐을 특징으로 하고 있다.
다른 태양에서, 본 발명은 충전개구부 외에는 거의 밀폐된 다층벽구조의 포장용 콘테이너를 충전 및 접착 봉합시키는 방법에 관한 것으로서, 충전개구부의 적어도 내벽면은 고주파-접착봉합성 중합체의 내층으로지며, 상기방법은 충전개구부를 통하여 콘테이너내로 제품을 넣고 밀폐된 충전개구부를 핀칭하고, 밀폐된 충전개구부를 접착봉합시키며, 충전개구부를 고주파 에너지로 처리하여 접착봉합을 수행함을 특징으로 하고 있다.
또다른 태양에서, 본 발명은 핀치 밸브형 충전개구부 외에는 거의 밀폐된 다층구조의 포장용 콘테이너를 충전 및 접착봉합시키는 방법에 관한 것으로서, 핀치 밸브의 내벽면은 고주파-접착봉합성 중합체의 내층으로 이루어지며, 상기 방법은 충전관(filling spout)을 거쳐 핀치 밸브를 통하여 콘테이너내로 제품을 넣고, 충전관을 핀치 밸브로부터 제거하고, 밸브를 밀폐시키고, 밀폐된 밸브를 고주파 에너지로 처리하여 밀봉봉합시킴을 포함하며, 상기 밸브는 고주파 에너지로 처리하여 밀봉시킨다.
개구형 입구 핀치형 백, 또는 밸브 백 또는 콘테이너는, 적어도 밸브 구조 또는 핀치 영역내에, 유전활성 중합체 층을 제공합으로써, 백 또는 콘테이너의 고주파-접착봉합성을 제공한다. 유전특성을 갖는 중합체 또는 수지는 특정한 주파수에서 사용가능하며, 예를 들면, 측쇄 반응성 그룹을 갖는 에틸렌 공중합체, 측쇄할로겐 그룹을 갖는 올레핀 중합체, 나일론, 및 일산화탄소를 함유하는 에틸렌 중합체 등이 있다. 약 100MHz 이상인 고주파수 특히 마이크로파 주파수의 경우, 일산화탄소-함유 에틸렌 중합체, 예를 들면 에틸렌/일산화탄소(E/CO), 에틸렌/일산화탄소/비닐아세테이트(E/CO/VA), 에틸렌/일산화탄소/아크릴산(E/CO/AA), 또는 에틸렌/일산화탄소/메타크릴산(E/CO/MAA), 특히 E/CO, E/CO/AA, 또는 E/CO/MAA중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 백 이외의 콘테이너는 접착봉합시 콘테이너를 밀폐하는 핀치 영역에서인 경우에 사용될 수 있다.
올레핀 중합체, 공중합체 및 삼원공중합체의 제조방법은 공지되어 있으며 또한 이 방법 및 기술도 관련 중합 기술분야의 기술자에게 공지되어 있다. 대부분의 경우, 본 발명에서 흥미있는 올레핀 공중합체 및 삼원공중합체는 공지된 고압, 고온, 개신된 유리기, 역사적으로 널리 알려진 ICI 방법 또는 미합중국 특허 제2,497,323호로 기술된 바와 같은 중합법에 의해 제조된다. 그러나, 특정한 배위촉매 또는 금속촉매, 예를 들면, 공지된 지글러형, 나타형(Natta-type) 또는 필립스형(Phillips-type)등을 사용하는 이들 중합법은 일산화탄소에 의해 또는 통상적으로 많은 금속성-탄소결합과 많이 반응하는 단량체를 함유하는 다른 산소에 의하여 쉽게 악화되거나 불활성화되지 않는 촉매를 선택하여 사용할 수 있다.(참조:미합중국 특허 제3,083,184).
본 발명에 유용하고 일산화탄소 그룹을 중합체 쇄내에 도입시켜(고주파 전자복사에 의해) 가열할 수 있는 올레핀 중합체는 에틸렌계(올레핀계) 불포화를 갖는 단량체를 중합시킴으로써 형성된 중합체이다. 유일한 올레핀 또는 다수개의 올레핀은 중합체를 제조함에 있어 일산화탄소와 함께 사용될 수 있다. 바람직하게는 올레핀 단량체는(흔히 특성 개량을 위해 C3-C8지방족 올레핀을 소량 함유하는) 에틸렌이다. 올레핀 단량체는 또한 아크릴산, 메타크릴산, 1-부데노산 등과 같은, 탄소수 3 내지 8개를 갖는 불포화 유기산을 포함할 수 있으며, 이들 산의 알킬에스테르 또는 금속염, 예를 들면 에틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 2-에틸 헥실 아크릴레이트, 나트륨 아크릴레이트, 칼륨메타크릴레이트 등이 사용될 수 있다. (중합체 쇄를 따라 HC-OH 그룹을 생성하는) 수소화된 CO-함유 올레핀 중합체에는 예를 들어 수소화 에틸렌/일산화탄소 공중합체가 있다. 미합중국 특허 제2,495,292호는 중합체 쇄내에 상기 CO 그룹을 수소화시키는 방법을 개시하고 있다.
예를 들면 에틸렌과 같은 올레핀 및 일산화탄소가 공중합 또는 삼원공중합할 수 있다는 것은 이미 널리 공지되어 있다.
하기에 독특된 특허는 일산화탄소 및 모노올레핀의 인터폴리머(interpolymer)에 관한 대표적인 문헌으로 믿어진다:미합중국 특허 제2,495,292호; 미합중국 특허 제2,495,286호; 미합중국 특허 제2,497,323호; 미합중국 특허 제2,641,590호; 미합중국 특허 제3,083,184호; 미합중국 특허 제3,248,359호; 미합중국 특허 제3,530,109호; 미합중국 특허 제3,676,401호; 미합중국 특허 제3,689,460호; 미합중국 특허 제3,694,412호; 미합중국 특허 제3,780,140호; 미합중국 특허 제3,835,123호; 미합중국 특허 제3,929,727호; 미합중국 특허 제3,948,832호; 미합중국 특허 제3,948,873호; 미합중국 특허 제3,948,850호; 미합중국 특허 제3,968,082호; 미합중국 특허 제3,984,388호; 미합중국 특허 제4,024,104호; 미합중국 특허 제4,024,325호; 미합중국 특허 제4,024,326호; 미합중국 특허 제4,139,522호; 미합중국 특허 제4,143,096호; 미합중국 특허 제4,304,887호; 및 캐나다 특허 제471,169호.
폴리에틸렌과 같은 중합체내에 혼합될 수 있는 첨가제(감광제)는 탈크, 염화아연, 카본블랙, 나일론, 산화철 등과 같은, 전자 고주파 에너지에 의해 가열시킬 수 있는 것으로 알려졌다. 글나, 이러한 첨가제는 통상, 약간의 적용 분야에서는 피하는 것이 바람직한 시각적 효과, 물리적 효과 또는 화학적 효과가 현저하다. 더욱이, 감광제로서 첨가제를 사용하는 경우 불규칙한 결과를 줄 수 있고 중합체를 더욱 손상시킬 수 있는 "과열점(hot-spots)"을 피하기 위해서는 감광제의 균일한 분포가 달성되지 않으면 안된다.
고주파 가열에 부적절한 중합체내의 중합체 쇄를 따라 고주파 감광제 그룹을 갖는 중합체를 사용하는 것이 본 발명의 개념이다. 본 발명에서는 감광제로 인하여 중합체내에서의 나쁜 시각적 효과가 생기지 않는다. 본 발명의 중합체를 전체를 감광하기 위해(예를 들면, "마스터배취(masterbatch)"로서)중합체와 혼합하는 실시양태에서 조차 중합체는 통상 시각적 효과가 약간 또는 전혀 생기지 않을 정도에서 적합하다. 따라서, 올레핀 중합체의 투명 필름은 고주파 에너지를 사용하여 쉽게 가열-접착봉합할 수 있는 본 발명에 따라 제조할 수 있다. 본 발명은 마이크로파(MW) 에너지, 즉 특수한 범위의 고주파 에너지 범위의 작용에 의해 가열가능한 중합체의 사용을 제공하며, 따라서 적합한 중합체가 부족한 공장에서의 요구조건을 충족시켜 준다는 점이 특히 중요하다. 에틸렌 인터폴리머의 CO 그룹의 양은 0.1 내지 50중량%, 바람직하게는 1 내지 40중량%, 가장 바람직하게는 5 내지 30중량%의 범위내에 있어야 한다.
여기서 사용되는 "고주파 접착봉합성"이란 용어는 0.1 내지 30,000MHz의 전자 에너지 주파수를 사용하여 접착봉합성 중합체 자체의 일부분에 또는 또다른 물질에 접착봉합성 중합체를 결합시키는 것을 말한다. 이는 통상의 가열 접착봉합과는 달리, 고주파(RF) 가열 및 마이크로파(MW) 가열을 포함한다. 고주파수 범위는 통상 광범위한 주파수 범위(0.01 내지 30,000MHz)에 걸쳐 전자파를 포함하는 것이고 초음파 주파수범위(18KHz 내지 1000KHz), 고주파수(RF) 범위(1MHz 내지 300MHz), 및 마이크로파(MW) 주파수범위(300MHz 내지 10,000MHz)를 포함한다. 고주파 및 마이크로파 범위는, 가공장치로서 마이크로파의 사용의 증가로 인하여 마이크로파 범위에서 특별한 관심이 모아진다.
이러한 기술을 위한 용도(중합체 또는 혼합)를 고속 접착봉합이 필요한 포장 경우를 함유한다(예를 들면, 고주파수 활성 점착성 필름 : 분출 도포(extrusion coating) : 제형(molding) : 무균 충진(aseptic packaging), 레토르트 파우취(retort pouche), 샌드위치 백 등과 같은 용도에서의 핫 멜트(hot melt); 거품층, 직물층 또는 필름층의 적층; 분말 제형등)더우기, 연속적인 분출 또는 일단의 분출을 함유하는, 고주차 분출에서의 용도에 적합한 중합체가 수득된다. 철사 및 케이블 도포는 본 발명에 의하여 연속적인 고주파-분출에서 채택될 수 있다.
본 발명에서 유용한 중합체는, 공중합체화에 의한 일산화탄소의 혼입에 의하여 또는 중합체 모형(matrix)내로의 일산화탄소 공중합체 또는 삼원공중합체의 혼합 또는 융합에 의하여 접착봉합할 수 있는 고주파수(0.1 내지 30,000MHz) 전자선(HF)를 이용하는 비가열적 또는 비접착봉합적인 중합체(예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 등) HF의 향상된 정제(rendering) 방법에 의하여 수득될 수 있다. 상기된 수소화 형태 또한 사용될 수 있다. 더욱이, CO 함유 에틸렌/일산화탄소 공중합체(ECO) 및 인터폴리머(interpolymer)는 적용을 접착봉합하는 마이크로파에 사용될 수 있다.(즉, 마이크로파 접착봉합성 플라스틱 백, 치약 튜브 접착봉합, 샴푸 튜브 접착봉합, 기타 극초단파 접착봉합성 콘테이너, 밸브 백 접착봉합등). ECO 공중합체 및 인터폴리머는 고주파 전가선을 광범위한 주파수범위 이상의(0.1 내지 30,000MHz)에서의 접착봉합, 용접 또는 융압을 위한 열로 전환시킨다고 발견되었다. 대표적으로 에틸렌 공중합체는 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체(EVA)와 같은 1 내지 50MHz의 약간 낮은 고주파 주파수(무선 주파수 범위는 대표적으로 1 내지 300MHz로 간주된다 ; 마이크로파 주파수범위는 300 내지 30,000MHz이다)에서 가열될 수 있지만, 가장 높은 주파수에서 어느 것이 효율적으로 가열하는지는 발견되지 않았다. 가장 높은 주파수에서 효율적으로 가열 하지 않지만, 저 주파수에서는 가열하는 기타 중합체의 실시예는 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리비닐이딘 클로라이드, 염화 폴리에틸렌(CPE) 및 나일론 6등이다.
고주파수 전자선과의 중합체를 접착봉합하는 장점은 보다 빠르고 보다 효율적인 접착봉합, 열등한 열전도체(예를 들면, 종이 또는 마분지 외부)를 통한 접착봉합, 보다 강한 접착봉합 또는 결합, 에너지 입력의 효율적인 용도를 기본으로 향상된 경제적 측면, 접착봉합, 결합, 또는 가장 넓은 표면적을 적층시키는 능력, 보다 두껍거나 보다 복잡한 필름 적층의 접착봉합 및 특별한 접착봉합이다.
전자선의 작용의 통상 가열율은 하기의 방정식을 이용하는 접착봉합율을 관찰하는데 사용될 수 있다 :
G=13.3×10-14fF2(E'tanδ)
상기 방정식에서 G는 가열율(cal/㎤,sec), f는 전자파의 주파수(H2), F2는 장력(volts/cm), E'는 중합체의 절연 상수, 및 tanδ는 절연 상실 탄젠트(HF 전자파에 노출될 경우에 물질의 가열성의 단위)이다. 그래서 통상적으로(탄젠트 σ가 주파수에 따라 변하기 때문에) 주파수가 높아질수록 가열율이 높아지거나 물질의 접착봉합율이 더 빨라진다. 일산화탄소(CO)-함유 인터폴리머는 가열 또는 접착봉합의 최적 속도를 위한 마이크로파 주파수를 사용하는 선택권을 갖도록 하는 광범위한 주파수 범위 이상으로 접착봉합 또는 가열될 수 있다. (이처럼 광범위한 주파수 이상의 가열 또는 접착봉합하는) 이같은 특징은 이러한 CO 함유 인터폴리머 또는 공중합체에 특이한 것으로 나타난다.
하기 실시예를 함유하는 고주파 접착봉합법을 사용하는 접착봉합성인, 기타 중합체 예를 들면, PVC, PVDC, (PE,EVA) 이상인 CO 공중합체 또는 인터폴리머의 장점 또한 있다.
1. ECO는 물리적 성질면에서 저밀도인 통상적인 폴리에틸렌과 같고 필름 모양 즉, 보다 높은 용해점으로 가공이 쉬운 저 필름 포장은 필름, 분출도포 및 제형 수지에 사용될 수 있다. 더욱이, 가소제의 필요성이 미연에 방지된다.
2. CO는 에틸렌 및 비닐 아세테이트와 함께 공중합체될 수 있어서 CO-변형 EVA 중합체를 수득하여 이것이 보다 더 접착봉합하도록 정제하고 접착봉합성 주파수 범위를 넓힌다. CO는 또한 EAA-유사 또는 EMAA-유사 삼원공중합체를 따라서 EAA 또는 EMAA 중합체로 공중합체될 수 있어서 고주파 및 접착봉 합성 마이크로파로 된다.(EAA 및 EMAA는 고주파 또는 접착봉합성 마이크로파가 아니다.) 이것은 이러한 중합체의 금속염 또는 "이오노머형(ionomer-type)"실시양태를 함유한다.
3. CO-함유 공중합체 또는 인터폴리머는 아아킹(arcing)의 두려움없이 사용될 보다 높은 장력을 따르는 EVA 공중합체 보다 높은 절연 상수를 가진다.
하기의 표 1은 중합체를 최대 힘(물 275ml를 2.48분에 끓도록 하는)에서 마이크로파 오븐(Sears Micro-classic microwave oven)에서 용해시키기에 필요한 시간을 나타낸다.
[표 1]
Figure kpo00001
* 보기들은 비-고주파 감광성 폴리카보네이트 쉬트(sheet)상의 60밀(1.5mm) 두께의 2"(5.08cm)였다.
** 만약 10분내에 녹지 않았다면, 실험은 중지되었고 ＞10분이라고 기록했다.
*** MI는 ASTM D-1238에 따른 용해지수(melt index)이다.
Figure kpo00002
등록상표명(Registered tradeinames)
표 1에서 볼수 있듯이, 일산화탄소-함유 에틸렌/비닐 알콜 중합체 및 에틸렌 인터폴리머만이 마이크로파 오븐(2450MHz)에서 용해하였다.
[실시예 2]
일산화탄소-함유 공중합체의 고주파-접착봉합성을 관찰하기 위하여, 전극을 접착봉합하고 20 내지 40MHz의 주파수 범위(RF) 이상으로 작동하는 3/32＂(0.24cm)×12＂(30.5cm) 청동으로 설치된 칼라난(Callanain) 1 내지 1/2KW 고주파수 전기 발전기는 하기의 접착봉합 실험에서 이용되었다. 표 2의 공중합체는 3밀(mil)(0.076mm) 발포된 필름의 예는 다양한 드웰(dwell) 고정(접착봉합 시간) 및 동력 고정을 이용하는 고주파 접착제 이상을 사용하도록 시도되었다. 두 물질의 쉬트가 필름 조각을 뜯어야만 접착봉합점(seal point)에서 분리될 경우에 접착봉합이 시험되었고 접착봉합이 이루어졌다고 생각되었다. 표 2 또한 EVA 공중합체와 비교하여 보면 공중합체를 함유하는 CO의 아이킹(arching)에 대해 향상된 최소 접착봉합 시간 및 저항을 보여준다.
[표 2]
Figure kpo00003
* 아아크(Arc)는 필름을 통하여 탄 구멍으로 끝난다.
본 발명에 유용한 주제가 준비되었는데 이는 전술한 CO-함유 올레핀 중합체의 고주파 전자선 가열성 및 접착 봉합성을 이용한다. 이러한 중합체의 층(layer) 또는 두께(ply)는 고주파 전자선 접착봉합 또는 결합에(그 자체만으로는)효율적이지 않아서 부적합한 물질을 접착봉합 또는 결합하는 수단으로 사용된다. 미립자(particle), 필름, 쉬트(sneets), 블록(block), 로오드(rod), 구(sphere)등을 함유하는, 다양한 기질은 적어도 결합하는 것이 바람직한 영역내에서, 이러한 물질(subject) 중합체와 함께 포도된 후에 고주파 전자선 특히 마이크로파 범위내의 주파수를 사용하여 함께 접착봉합 또는 결합될 수 있다. 분말 또는 미립자 형태의 이러한 중합체는 유용한 형태내로 분출될 수 있거나, 또는 기타 물질 상의 도포 예를 들면 철사 및 케이블 도포로서, 가열 수단으로서 고주파 전자선을 사용할 수 있다.
에틸렌/일산화탄소/카복실산의 삼원공중합체로 된 신규한 접착체는 본 발명대로인 실시양태로서 제조된다. 삼원공중합체의 카복실산 몫은 이중결합을 통하여 중합되는 불포화 카복실산일 수 있다. 예를 들면 아크릴산, 메타크릴산, 크로토니산(crotonic acid), 1- 부테르산(1-butenoic acid)등 특히 아크릴산 또는 메타크릴산, 보다 특히 금속염, 특히 통상적으로 "이오노머(ionomer)"염이라고 공지된 나트륨 또는 칼륨염과 같은 산의 염을 함유하는, 아크릴산(acrylic acid) 이러한 E/CO/산 삼원공중합체의 제조는 미합중국 특허 제3,520,861호 및 미합중국 특허 제4,351,931호로 기술된 E/산 공중합체와, 동일한 방법으로 제조될 수 있다. 이러한 특허는, 유리기 개시제를 사용하는 고압솥(auto clace) 반응기에서 교반된 고압을 사용하여 균일한 무작위 에틸렌/카복실산 공중합체의 제조를 밝혔다. 이러한 삼원공중합체 또는 접합(grafting)기술에 의하여, 차단(block)중합 기술에 의하여, 배치(batch) 반응기안에서, 또는 긴 튜브 반응기내에서 제조될수 있는 까닭에, 전술한 교반 고압솥 반응기는 선택적으로 균일하게 제조된 무작위 삼원공중합체에 의하여 사용될 수 있다.
비록 E/AA 공중합체가 통상적으로 폴리에틸렌에 비하여 많은 기질에 훌륭하게 접착하는 성질이 있다고 간주되더라도, 향상된 접착이 바람직한 기질이 있다. 향상된 접착이 바람직한, 이러한 두드러진 기질에는 폴리아마이드, 예를 들면 나일론, 폴리올레핀, 예를 들면 LDPE, HDPE, LLDPE, PP, OPP, 폴리이소프린, 플루오로폴리며, 예를 들면 PTFE, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, PET, 금속, 예를 들면 강철 및 알루미늄 호일, 약간의 종이형제품(paper-type products) 예를 들면 글래신(glassine), 크래프트(kraft)지 등, 가공된(cured) 에폭시 수지, 에틸렌/비닐 알콜 공중합체, 가공된 노볼악수지(novolac resin), 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 염화중합체 예를 들면 폴리클로프렌, PVC, 폴리비닐이딘, 및 무기 기질 예를 들면 유리 및 자기가 있다.
반대로, ECC 공중합체가 어떤 기질에 대해서는 열-활성 또는 열-비활성 접착제를 조금만 나타내는 까닭에, 본 E/CO/산 삼원공중합은 그러한 경우에 특히 사란(SARAN) 중합체 및 폴리카보네이트(ECO는 약간의 접착성을 가진다.)로서 그러한 기질에 대하여, 또한 에틸렌/비닐 알콜 공중합체, 나일론, 및 알루미늄(ECO는 거의 또는 전혀 접착성을 보이지 않는다.)에 대하여 접착성을 더 많이 나타낸다.
이러한 E/CO/산 삼원공중합체의 접착성은 핫멜트(hot-melt)적용에 의하여, 기질 위의 접착제 원위치의 후가열처리(post-heating)에 의하여, 용매내에서와 같은 또는 수용성 담체내에서의 또는 비용매내에서의 산란과 같은, 담체내에서의 접착의 적용과 같은 어떠한 편리한 방법에 의해 이용될 수 있다. 접착제는 유사 또는 상이한 물질의 기질을 결합하는데에 이용될 수 있다. 여기서 언급했듯이, 이러한 삼원공중합체 또는 필름으로써 또는 기타 물질로서 적합한 용도이며 고주파 가열성이 되는 마이크로파 범위내의, 또는 근처의 그러한 주파수에서 장점이 있다.
이러한 E/CO/산 삼원공중합체는 동일한 방법으로 제조된 EAA공중합체에 대한 시각적 및 물리적 성질이 꽤 유사하다. 이러한 신규한 접착성 삼원공중합체가 논의되는 한에 있어서, 코모노머(comonomer)성분의 범위는 하기와 같다:
삼원공중합체의 중량%
Figure kpo00004
용해유동률(melt frow rate)이라고도 불리는 용해 지수(M.I.)는 ASTM D-1238에 따라서 측정되었듯이, 약 0.5 내지 약 2500의 범위내가 바람직하고, 가장 바람직한 범위는 약 1 내지 약 60이며, 훨씬 더 바람직한 범위는 약 1내지 약 20이다.
이러한 E/CO/산 삼원공중합체는 열가소성이며 필름, 쉬트, 튜브 또는 기타 물질로 열고정될 수 있다. 이러한 삼원공중합체의 분말은 소결 형태로 압착 형성될 수 있거나 분말은 접착제층을 만들거나 또는 기질상에 또는 두 기질 사이를 도포할 수 있는 열가소성인 기질의 표면에 적용될 수 있다. 필름, 스트립(strip), 또는 이러한 삼원공중합체의 쉬트(sheet)는 두 기질 사이에 위치할 수 있으며 기질을 서로 붙드는 접착적 또는 적층(laminate)으로써 제공하는 열가소성이다.
하기는 실시예는 기타 중합체와 비교한 E/CO/산 삼원공중합체의 특정한 실시양태를 설명하지만, 본 발명을 특별한 실시양태로 제한하는 것은 아니다.
[실시예 3]
하기는 표 3에서 보이는 실시예는 열용융되는 압력 및 온도에서의 압착 제형에 의하여 공급된다. 접착이 시험될 수지 예는 우선 20 및(0.5mm) 플라크(plaque)로 압착 제형된후 기질에 대한 접착시험을 위하여 기질(필름 또는 플라크)에 적층했다. 에틸렌/일산화탄소/아크릴산 삼원공중합체(E/CO/AA)의 접착제가 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) ; 에틸렌/아크릴산 공중합체(E/AA), 에틸렌/비닐아세테이트 공중합체(E/VA) ; 에틸렌/일산화탄소 공중합체(E/CO) ; 및 에틸렌/일산화탄소/비닐아세테이트 삼원공중화합물(E/CO/VA)과 비교하여 보여진다. 다양한 기질에 대한 E/CO/AA 삼원공중합체로 얻을 수 있는 특히 나일론(폴리아마이드)와의 및 통상적으로 최고의 열가소성 접착제와의 강한 결합을 형성하지 않는 폴리카보네이트와의 양질의 점착성이 있다.
[표 3]
Figure kpo00005
＞는 필름 기질의 응집 실패 강도이다.
A16-밀(0.15mm) SARAN PVDC 필름이다.
A22-밀(0.051mm) SARAN PVDC 필름이다.
나일론3은 6필름이다.
알루미늄4
EVAL5는 20- 및 (0.5mm) 플라크로 제형된 에틸렌/비닐알콜 공중합체이다.
폴리카보네이트6은 2-밀(0.051mm) 폴리카보네이트 캐그트(cast) 필름이다.
실시예 4
에틸렌/일산화탄소 공중합체(중량%가 10인 CO, 18.7 M.I.)와 에틸렌/일산화탄소/아크릴산 삼원공중합체(중량%가 10인 CO 및 5인 AA, 12.8 M.I.)를 비교하기 위하여, 각각의 2-밀 (0.05mm) 두께의 도포가 다양한 기질상에 분출도포하고 lb/in(N/m)에서의 접착이 측정되었다. 하기 표 4에서, 예 A는 E/CO 공중합체이며 300℃에서 분출도포한 것이다. ; 예 B는 E/CO/AA 삼원공중합체이며 290℃에서 분출도포한 것이다; PVDC 는 폴리비닐이딘 클로라이드이다 ; EVAL은 에틸렌/비닐알콜 공중합체이다 ; LLDPE는 선상저밀도 폴리에틸렌이다 ; LDPE는 저밀도 폴리에틸렌이다 ; PET는 폴리에틸렌 테에프탈레이트이다 ; OPP는 지향성(oriented) 폴리프로필렌이다.
[표 4]
Figure kpo00006
* 모든 ＞예는 접착 실패가 아닌 필름 실패였다. 상기는 E/CO 공중합체와 바교한 E/CO/AA 삼원공중 합체의 우수한 접착성을 나타낸다.
실시예 5
포장 공장은, 하기의 표 5에서와 같이, 많은 장벽수지를 이용하며, E/CO/산 삼원공중합체는 하나 이상의 장벽층을 함유하는 접층을 제조하기 위한 양질의 접착제를 만들려고 발견된다.
[표 5]
Figure kpo00007
실시예 6
E/CO/산 삼원공중합체가 열가소성 접착제로서 유사한 플라스틱 또는 수지의 층사이에서, 상이한 플라스틱 또는 수지의 층 사이에서, 및/또는 플라스틱 또는 플라스틱 또는 수지 및 종이, 직물, 금속, 유리, 유리물질, 목재, 가죽과 같이 완전히 상이한 기질 사이에서 유용하다고 관찰되어 왔다. 이러한 삼원공중합체는 또한 플라스틱 또는 바로 상기 명명된 물질들과 같은 수지로 되는 층이 아닌 물질의 층사이에서 열가소성 접착제로서 유용하다.
현재 청구하는 본 발명에서, 접착봉합하기 위하여 고주파 또는 마이크로파 에너지를 사용하는 수단, 예를 들면 개구부 핀치형 백 또는 밸브 백을 수득한다. 통상적으로, 다층지/폴리에틸렌 핀치 톱(top) 또는 핀치밸브 백은(만약 그들이 조금이라도 접착봉합된다면) 외용적 열(externally-applied heat)에 의하여 꿰매지거나 또는 여처리로 접착봉합되거나, 또는 어떤 경우에는 아교로 붙일 것이다.
현재 청구된 발명에서는 활성 ECO, E/AA/CO, PVC, 나일론, 고 EVA와 같은 중합체를 구조내로 고주파(RF)를 절연적으로 혼입시켜야 한다. 그러면 백은 압력이 주어지는 동안 백을 고주파 전장에 주어서 접착봉합될 수 있다. 고주파 활성 중합체는 단층 또는 공존(coex) 구조인 필름 혀이태로 있을 수 있거나 또는 도포로서 또는 종이나 또는 중합체 필름 또는 도포 같이 특이한 기질의 영역에 핫 멜트(hot melt)를 적용할 수 있다. 바람직하게는 고주파 접착봉합성 중합체는 고주파-접착봉합성 및 또한 마렌크로파-접착봉합성을 공급하는 E/CO, E/CO/VA, E/CO/AA, 또는 E/CO/MAA와 같은 일산화탄소-함유 중합체이다. 정상적으로 백 특히 용량이 약 25내지 100파운드(11.35 내지 45.4kg)의 범위내인 백의 이용되는 용량은 약 100파운드(∼45kg)에 달한다.
개구부 입구 다층 백은 때때로 내부 중합체 직쇄 또는 도포를 용해 및 접착봉합시키기 위하여 가열된 막대 또는 벨트 또는 로울러를 사용하여 열처리로 접착봉합된다. 양질의 봉합을 이울수 있기 위해서는 몇초(＞10)를 필요로 한다. 두터운 부분(거셋(gusset)영역)에서, 열은 구조를 통하여 전도되어야 하기 때문에 평평한 균일한 접착봉합하기는 어렵다. 접착봉합속도를 높이는 유일한 방법은 접착봉합요소의 온도를 높이는 것뿐이다. 그러나 그 온도는 외부 기질의 저하온도 또는 용해온도에 의하여 제한된다. 구조내의 종이가 450˚F(232℃) 이상으로 가열된다면 마치 타는 것 같다. 더 낮은 온도에서 조차, 통상적으로 완전히 건조해지고 강도를 잃는다. 접착봉합제는 전형적으로 다층지 적층을 사용할 경우 약 350˚F(177℃)이하에서 작동한다.
절연적으로 활성인 중합체가 구조내에서 사용되고 활성 중합체가 고주차수 전장에 있게될 경우, 활성 중합체는 중합체의 쌍극자 결합으로 생기 분자 마찰을 통하여 내부적으로 가열한다.
열은 중합체내에서 내부적으로 발생하기 때문에 열 전달체가 문제를 제한하지는 않는다. 사실, 언급된 문제는 활성 중합체로부터 열 손실이다. 만약 충분한 열이 중합체내에서 열 손실을 막기 위하여 발생될 수 있다면, 중합체는 꽤 빨리(통상적으로 5초 이내로) 용해될 수 있고 양질의 접착봉합이 이루어진다. 다층백에서, K본 발명에서인 종이 및 폴리에틸렌의 기타층은 실제적으로 활성 내부 접착봉합층으로부터인 열 손실을 감소시키는 온도 절연으로서 작용한다. 사실, 종이내에 습기 또한 전장과 약간 결합할 것이고 또한 온도가 상승할 것이다. 이것 또는 열 손실을 감소시키기 때문에 접착봉합이 더 빨라지도록 돕는다.
많은 제품을 묶는데 사용되는 특별한 형태의 백은 밸브백이라고 불리운다. 백은 밸브 개구부 외에는 완전히 밀폐되도록 제조된다. 백은 밸브를 통하여 충전되고 충전 및 평평하게 된 경우, 백 내의 제품은 백을 밀폐시키는 밸브에 대한 압력을 만든다. 그러나, 어떤 제품 특히 분말과 함께 약간의 찌꺼기(sifting)가 통상적으로 발생한다. 이 디자인에 따른 또 다른 문제는 훔치는 것(pilfering)을 감지할 수 있다는 것이다. 어떤 사용자는 테이프 라벨을 이용해 왔거나 또는 밀폐된 밸브를 접착봉합하기 위하여 다양한 기술을 연구해 왔다. 이는 초음파, 전도, 열성 막대, 증기, 온기, 및 압력-적용 접착제를 함유한다. 대부분의 이러한 방법은 완전히 성공적이지 못해 왔다. 그러한 방법은 노동 집약적이고 포장비용을 상승시킬 수 있다.
청구된 우리의 본 발명은 밸브 구조에서 사용된 고주파 활성 물질을 필요로 한다. 고주파 활성 물질을 얻기 위한 한가지 방법은 활성 물질의 슬리브(sleeve) 또는 튜브를 밸브 영역내로 결합시키는 것이다. 백은이 슬리브를 통하여 충전된다. 백이 충전되고 평평하게 되어 내부압력이 밀폐된 밸브를 유지하게 된후에, 밸브는 밸브를 고주파수 전장에 노출시킴으로써 접착봉합시킬 수 있다. 이는 얕은 투과가 바람직할 경우에 사용되는 표유 전자계(stray field) 전극을 지나는 백을 지나침으로써 이루어질 수 있다. 얻어진 접착봉합은 찌꺼기를 방지하며 손으로 하는 작업이 필요없어서, 매우 저렴하게 된다.
[실시예 7]
다층 백(2층 종이/P.E./2층 종이)은 접착봉합 영역내에서 고주파-활성 중합체를 백의 중앙으로 넣음으로써 변형되었다. 그래서 백은 약 105KW 칼라난(callanan) 30MHz 접착봉합제가 되었다. 12＂×3/32＂(30.5cm×2.38mm) 청동 막대는 접착봉합성 전극으로써 사용되었다. 전장에 3초간 노출된 후에, 내부의 튜브는 밀봉하여 접착봉합했다. 사용된 고주파-활성 중합체는 ECO(10% CO)이었고 백은 포장용 부식성 펠릿(pellets)에 사용된 종이/폴리에틸렌 적층이다. 두 번째 시험은 고주파-활성 중합체가 E/AA/CO(5% AA,10% CO)인 것외에 동일한 방법으로 되었으며 두 번째 시험 또한 성공적인 접착 봉합이었다.
비교를 위하여, CO-함유 중합체가 없는 백을 12초간 450˚F(213℃)의 접착봉합온도에서 뜨거운 막대 접착제로 접착봉합했고 접착봉합은 ECO 중합체만큼 좋지 않았다.
[실시예 8]
다층 부식성 백은 ECO(10% CO)의 5밀(0.12mm) 내부 필름을 사용하여 제조되었다. 백은 터마트론(Thermatron) 6KW KF 62/SP 40 발전기 및 압착기를 사용하여 2초 이내에 성공적으로 접착봉합되었다. 접착봉합된 백은 거셋분야에서 조차 백의 폭을 가로지르는 일정한 힘을 보였다.
[실시예 9]
다층 종이/폴리에틸렌/종이 밸브 백은 10% ECO의 13.3cm 레이플랜트(layflat) 발포 튜브(두께 0.038mm)를 사용하여 제조되었다. ECO 튜브는 상업적으로 유용한 핫 멜트를 사용하여 종이/폴리 백에 결합되었다. 증거로써 백은 그 폭을 가로질러서 절단되어서 단지 백 내로 혼입된 밸브를 가지는 백의 최고 부분만이 이용되었다. 밸브에서의 이러한 최고부분은 똑바로 세우고 10KW 40MHz 발전기와 한쌍을 이루는 표유전자계 전극(RADIO FREQUENCR CORPORATION 747)의 최고점 위에서 똑바로 세워지고 위치했다. 테플론(teflon)의 평평한 조각은 백의 최고점과 반대로 위치했고 567g의 테플론 블록은 최고점 위에 위치했다. 고주파 에너지에 대하여 약 10초 노출된 전극 이상으로 발전기는 커졌고 백의 최고점이 당겨졌다. 백은 제거될 경우 백의 밸브를 완전하게 함께 융합했다.

Claims (7)

  1. 적어도 충전개구부의 내벽면상이 고주파-접착봉합성 중합체의 내층으로 이루어짐을 특징으로 하여, 충전개구부외에는 거의 밀폐된 다층구조를 갖는 포장용 콘테이너.
  2. 제1항에 있어서 고주파-접착봉합성 중합체가 하나이상의 측위(pendant) 반응성 그룹을 갖는 에틸렌 공중합체, 측위 할로겐 그룹을 갖는 올레핀 중합체, 나일론 및 일산화탄소-함유 에틸렌 공중합체중에서 선택된 콘테이너.
  3. 제1항에 있어서, 고주파- 접착봉합성 중합체가 하나이상의 에틸렌/일산화탄소(ECO), 에틸렌/일산화탄소/아크릴산(ECOOAA), 에틸렌/일산화탄소/비닐아세테이트(ECOVA), 에틸렌/일산화탄소/메타크릴산(ECOMAA), 에틸렌/비닐아세테이트(EVA), 에틸렌/비닐알콜(EVOH), 폴리비닐클로라이드(PVC) 및 폴리비닐리덴클로라이드(PVDC)중에서 선택된 콘테이너.
  4. 제1항에 있어서, 고주파-접착봉합성 중합체가 하나이상의 마이크로파(MW)-잡척봉합성 일산화탄소-함유 올레핀 중합체인 콘테이너.
  5. 제1항에 있어서, 고주파-잡척봉합성 중합체가 ECO, ECOAA, ECOVA, 및 EVOMAA 중에서 선택된 하나이상의 마이크로파-잡착봉합성 일산화탄소-함유 중합체인 콘테이너.
  6. 충전구(filling spout)를 거쳐 핀치 밸브(pinch-valve)를 통해 콘테이너내로 제품을 주입시키고, 상기 충전구를 핀치 밸브로부터 제거한 다음, 상기 밸브를 밀폐시킨후 밀폐된 밸브를 접착봉합시켜, 하나이상의 고주파-접착봉합성 중합체를 함유하는 물질로부터 제조한 핀치 밸브 외에는 밀폐되어 있는 제1항의 콘테이너를 충전 및 접착봉합시키는 방법에 있어서, 밀폐된 밸브를 고주파-에너지로 처리하여 접착봉합시킴을 특징으로 하는 방법.
  7. 충전개구부를 통해 콘테이너내로 제품을 주입시키고 밀폐된 충전개구부를 핀칭한 다음 밀폐된 충전개구부를 봉합시켜 하나이상의 고주파-접착봉합성 중합체를 함유하는 물질로부터 제조한 충전 개구부 외에는 밀폐되어 있는 제1항의 콘테이너를 충전 및 접착봉합시키는 방법에 있어서, 충전 개구부를 고주파 에너지로 처리하여 접착봉합시킴을 특징으로하는 방법.
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US738,008 1985-05-28
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