KR950007617B1 - 열-봉함성 글리콜-변형 폴리테레프탈산에틸렌(petg) 장벽 재질층을 구비한 적층물로 만든 개량된 쥬스용기 - Google Patents

열-봉함성 글리콜-변형 폴리테레프탈산에틸렌(petg) 장벽 재질층을 구비한 적층물로 만든 개량된 쥬스용기 Download PDF

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에이. 윌릭 앨런
엘. 랜함 로버트
엘. 킨세이 조우
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인터내쇼날 페이퍼 캄파니
아더 윌리스
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Abstract

내용 없음.

Description

열-봉함성 글리콜-변형 폴리테레프탈산에틸렌(PETG) 장벽 재질층을 구비한 적층물로 만든 개량된 쥬스용기
제1도는 기존의 사용구조를 가진 적층물의 종단면도.
제2도는 기존의 사용구조를 가진 적층물의 종단면도.
제3도는 기존의 사용구조를 가진 적층물의 종단면도.
제4도는 기존의 사용구조를 가진 적층물의 종단면도.
제5도는 본 발명의 적층물의 바람직한 실시예의 종단면도.
제6도는 본 발명의 적층물의 다른 실시예의 종단면도.
제7도는 본 발명의 적층물의 실시예의 종단면도.
제8도는 본 발명의 적층물의 다른 실시예의 종단면도.
제9도는 본 발명의 적층물의 다른 실시예의 종단면도.
제10도는 본 발명의 적층물의 바람직한 실시예를 제조하기 위한 공정을 나타내는 블록선도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2,6,8,12,16,18,24,26,32,34,38,42,46,56,62,66,72,76 : LDPE 층
4,10,20,28,36,44,54,64,74 : 판 치
14 : 호일 22 : HDPE층
30 : 폴리프로필렌층 40,50,52,58,60,68 : PETG층
44,49 : 결합층 70 : LDPE/PETG 혼합물층
본 발명은 판지상자(paperboard carton)에 담긴 정유(essential oil)의 보존과 비타민 C 손실의 방지를 위한 열-봉함성(heat-sealable)는 장벽적층물(barrier-laminates)은 물론 이러한 적층물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 감귤류 및 기타 쥬스의 향미(flavor)나 향기(oder) 성분을 흡수하거나 투과시키지 않는 개량된 열봉함성 재질로 구성되는 장벽적층물에 관한다.
열-봉함성 저-밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 현재의 감귤류 쥬스용 판지상자의 성분으로서 잘알려져 있지만 이런 상자는 감귤류 쥬스의 필수향미/방향오일의 흡수 또는 투과에 대해 장벽을 거의 제공하지 못한다. 또한, 알루미늄 호일(foil)과 같은 불투과성재질, 폴리아미드, 폴리테레프탈산 에틸렌, 폴리염화비닐리덴, 폴리염화비닐 등과 같은 극성 물질 또한 고밀도 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 같은 고결정상(highly crystalline)의 비-극성 재질도 D-리모넨(D-limone) 등과 같은 비-극성의 감귤류 쥬스 향미오일의 흡수나 투과에 대해 장벽역할을 하는 것으로 잘 알려져 있다. 그러나, 이러한 물질을 저밀도 폴리에틸렌으로 대체하기는 불가능하며 그 이유는 실제 사용온도범위에서 소요되는 열-봉함성, 음료와 직접 접촉되는데 필요한 FDA 청결도, 새김눈을 내거나 다이절단을 하는 전환 공정중의 응력균열 저항과 절단성(cutability)이 부족하기 때문이다. 불-투과성 재질의 이러한 결합때문에, 과거에는 열-봉함성 재료로서 이러한 향미-오일 내성재와 저밀도 폴리에틸렌을 혼합하여 사용하는데 노력을 집중하였다.
쥬스나 유사한 제품을 담는 판지상자 제조를 위한 상용구조물은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)의 두층 사이에 판지를 끼워넣은 구성의 열-봉함성 장벽적층물을 사용하였다.
이 LDPE층은 정유와 향미의 손실을 막기위한 값싼 열-봉함성의 수분장벽(moisture barrier)이다.
종래의 구조물은 LDPE층이 단시간의 저장후에도 쥬스의 정유를 흡수하여 열봉함을 완전히 파괴하고, 층의 응력균열을 일으키는 결함이 있다. 또한, 종래의 구조물은 사실상 산소에 대한 저항성을 제공하지 못하여 쥬스에 함유된 비타민 C를 대량으로 손실되게 하였다.
다른 종래의 구조물은 위에서 확인된 구조물에 두개의 추가층, 말하자면 호일층과 LDPE층을 추가한다. 값비싼 호일층은 산소의 흐름에 대해 장벽저항을 증가시키는 한편 LDPE층은 적층물에 결정적인 열-봉함성을 부여한다. 개량된 종래의 구조물은 내부 접촉층이 여전히 LDPE이기 때문에 정류와 향미의 흡수에 있어서 장벽 성질이 좋지 않다.
본 발명의 목적은 감귤류와 기타 다른 쥬스의 향미 또는 향기 성분을 흡수하거나 투과시키지 않는 개량된 쥬스 포장용 열-봉함성 재질을제조하는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예는 6주보다 훨씬 긴 상자 보존기간에 비타민 C의 손실에 대해 실제적으로 장벽효과를 제공하고 필수향미 오일의 손실에 대해서는 거의 완벽한 장벽효과를 제공하는 열-봉함성 장벽적층물을 보여준다.
이 바람직한 실시예는 외표면으로부터 정유나 향미와 접촉하는 표면쪽으로 순서대로 저밀도 폴리에틸렌 외층, 판지기질, 저밀도 폴리에틸렌으로된 내층 또한 저밀도 폴리에틸렌 내층위에 피복되어 쥬스와 접촉하게되는 글리콜-변형 폴리테레프탈산 에틸렌(PETG)(glycol-modified polyethylene terephthalate) 층으로 구성된다.
본 발명의 적층물로 구성된 이 상자는 감귤류에 함유된 향미오일을 유지시키고 또한 비타민 C의 손실을 크게 방지하여 보존기간을 길게 연장시키므로 고가의 알루미늄 호일 장벽을 대체할 수 있다.
바람직한 PETG인 Kodak Kodabond Copolyester 5116은 Tennesse, Kingsport의 Eastman 화학회사가 시판하는 것이다.
본 발명은 앞에서부터 뒤쪽으로 비-극성성분인 LDPE와 극성 성분인 PETG으로 되고 외층과 내층을 열-봉함할 수 있는 적층물을 사용하여 장벽성질이 우수한 상자를 제조하였다. 종래의 이론은 적층물 단부에 비-극성성분을 부착하지 않으면 실제 사용온도에서 통상적인 장치로 열-봉함할 수 없다는 것이었다. 이 액체 쥬스 성분은 극성의 PETG재질에 불용성 이어서, 향미오일의 흡수를 방지하여 LDPE가 접촉층일때 발생되는 것과 같은 팽윤, 응력균열 및 가소화를 방지한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 쥬스의 보존기간을 연장시키는 우수한 장벽성질을 나타낼 뿐만 아니라 이 적층물을 종래의 압출장치를 사용하여 제조하는 것이다.
단계적으로, 판지의 양쪽을 화염(flame) 처리하고, 이 판지기질에 용융상태의 LDPE의 층을 압출피복으로 도포하고, 그리고 새로이 형성된 LDPE층을 다음 단계의 열-봉함을 위한 준비로서 코로나 방전(corona discharge) 처리나 화염처리를 한다.
두번째는, 이 웨브(web)를 아래로 뒤집어 LDPE층의 판지기질의 다른 노출면에 압출피복한다. 또한 이 층은 다음의 PETG층 접착을 용이하게 하기 위하여 코로나 방전처리나 화염처리를 한다.
세번째는 LDPE 내층에 용융상태의 PETG층을 압출피복한다. 이제는 완성된 적층물을 앞쪽에서 뒤쪽(LDPE에서 PETG로)으로 통상적인 온도에서(250℉ 내지 500℉) 열봉함할 수 있다.
새롭게 형성된 적층물에 새김눈을 내어 절단하고, 접어서 수송을 위해 측면-이음매를 열-봉함한다.
일단 운반하면, 빈상자를 Ex-Cell-O로 만든 PurePak
Figure kpo00001
기계와 같은 통상적인 장치속에 넣는다. 빈통의 바닥을 열봉함하고 PurePak
Figure kpo00002
기계로 상부를 열봉함하여 완성한다.
본 발명에 따라 제공된 장벽적층물을 우수한 장벽성질을 나타내고 용이하게 구성될 수 있을 뿐만 아니라 또한 음료수 포장에 사용할 수 있는 FDA 규격에도 합격된다. Kodak사의 Copolyester 5116은 음료에 직접접촉이 가능토록 FDA 승인이 난것으로서 본 발명의 PETG로 사용하기 바람직하다. 저온(250℉ 내지 500℉)에서 열봉함이 가능하고 통상적인 기재로 절단이 가능한 다른 PETG도 또한 접촉 장벽으로서 사용이 가능하다.
이와 같이 본 발명의 이전에는 기질 재질로서 판지를 사용하는 잇점을 지니고 경제적이며 종전의 압출피복장치를 사용하여 형성할 수 있고 FDA가 승인한 열-봉함성 장벽적층물로된 상자같은 감귤류 쥬스의 포장용으로 적합한 상자는 개발되지 못하였다.
여기에 기술된 본 발명은 감귤류나 다른 액체의 포장용기 제조에 사용되는 판지적층물에 유용하다. 이러한 포장용기는 접는 상자, 사각이나 직각형의 포장용기나 상자 또는 심지어 원통형 튜브와 같은 것을 이음매 또는 마감하기 위해 열-봉함하여 제조한다.
쥬스나 이와 유사한 제품을 담는 판지상자의 현재 사용되는 구조는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)(2,6)의 두층 사이에 샌드위치된 판지로 구성되고(제1도) 열-봉함이 용이한 장벽적층물을 사용하고 있다. 이 LDPE는 정유(향미)와 방향물 손실을 방지하기 위한 수분장벽으로서만 이용되는 값싼 열-봉함성 재질이다. 종래의 적층구조물에서 야기되는 문제점은 쥬스의 정유(말하자면 D리모넨)가 단시일후에 LDPE 층속으로 흡수되어서 열봉함(heat seal)을 부패시키고, 응력균열, 그리고 쥬스에서 오일이 분리되는 팽윤형상을 유발하는 것이다. 또한, 종래의 구조(제1도)는 비교적 단시일이 지난후에 쥬스에서 상당한 양의 비타민 C를 손실케하는 산소에 대해서는 사실상 장벽효과를 제공하지 못한다. 예를들면, 종래의 판지로된 1/2 갈론짜리 쥬스상자는 60.5%의 정유(D-리모넨)와 34.5%의 비타민 C가 6주의 단기간에 손실된다(표 1참조).
현존하는 종래의 판지상자(제2도)중 하나는 산소가 통과하여 결과적으로 비타민 C가 손실되는 것에 대해 큰 장벽효과를 주기 위하여 제1도에 개시된 층 이외에 두개의 추가층을 사용한다.
산소의 흐름에 대한 장벽의 저항성을 증가시키기 위하여 적층구조에 알류미늄호일(14)을 추가한다. 적층물이 앞에서부터 뒤로 LDPE층(8)으로 열-봉함되게 하려면 LDPE층(16)을 추가할 필요가 있다. 장벽적층물(제2도)의 구조는 정유와 방향물의 흡수와 관련하여 장벽성질이 좋지 않은데, 그 이유는 열-봉함되는 접촉층이 여전히 저밀도 폴리에틸렌이기 때문이다. 제2도의 장벽적층물로 만든 쥬스상자의 보존 저장기간은 여전히 저밀도 폴리에틸렌이기 때문이다. 제2도의 장벽적층물로 만든 쥬스상자의 보존 저장기간은 여전히 35.5%의 정유(D-리모넨)의 손실을 가져오긴하지만, 비타민 C의 손실과 관련하여서는 24%로 장벽성질을 크게 향상시킨다(표 1참조).
호일층을 추가하면 적층물은 극히 양호한 O2장벽성질을 나타낸다. 호일층의 사용이 유리하긴하지만, 호일을 사용하면 비용이 증가되어서 경제적으로 바람직하지 못하다.
제3도와 제4도는 미국특허 제4,513,036호에 기술된 장벽 적층물을 개시한다. 제3도는 LDPE층(18)-판지(20)-고밀도 폴리에틸렌(HDPE)층 (22)-LDPE층(24)의 샌드위치 구성으로된 장벽적층물을 개시한다. 개시된 적층물은 6주간의 보존기간중에 60.5%라는 정유손실을 나타내는 한편, 또한 6주간에 87%라는 비타민 C의 대량손실을 나타낸다(표 1참조). 제3도의 적층구성의 경제성과 용이성은 나쁜 장벽성질 때문에 가치없게 된다.
제4도는 미국특허 제4,513,036호의 바람직한 실시예 말하자면 LDPE층(26)-판지 (28)-폴리프로필렌층(30)-LDPE층(32)를 포함하는 장벽을 개시한다. 폴리프로필렌층(30)을 추가하면 비교적 적은 비용으로 장벽성질을 개선할 수 있다. 이때의 장벽성질은 산소통과에 대한 저항과 비타민 C의 손실이 6주후에 71%로서 여전히 불만족하다. 폴리프로필렌 적층구조는 6주후 정유(D-리모넨)의 손실이 39.5%가 된다(표 1참조).
상기한 특허에 개시된 두 실시예는 쥬스에 함유된 방향과 비타민 C를 적절하게 보존하지 못한다. 기존의 상용구조물의 구성은 모두 빈상자를 형성하고 이 상자에 쥬스나 그 유사품을 채울때 이음매와 마감부를 열봉함해야 하는 필요성 때문에 동일한 문제점에 직면한다. 적층물의 앞에서 뒤로 열봉함을 해야하는 필요성때문에 모두가 서로 우수한 열-봉함 특성을 나타내는 비-극성 화합물인 LDPE재질의 외층과 내층을 사용해야 한다.
제5도를 참조하면, 본 발명의 적층물의 바람직한 실시예로서 예로 282파운드의 적합한 고급판지 재료인 판지기질(36)을 포함하는 것으로 표시되어 있다. 우유상자 판지는 양면에 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)이 연(ream)당 5 내지 40파운드의 중량으로 피복되어 있다. 적층물의 뒷쪽이나 내부, 말하자면 LDPE층(38)에는 PETG층(40)이 도포되어 있다. 이 PETG층은 Kodak의 KODABOND 코폴리에스테르 5116으로 구성된 열-봉함층이다.
제10도를 참조하면, 블록선도는 제5도는 열-봉함성 장벽 적층물을 형성하는 방법을 개시한다.
이 적층물은 쉽게 구성할 수 있다. 단계 A에서는 판지기질(36)에 용융상태의 LDPE층(34)을 압출피복한다. 단계 B에서는 LDPE층(34)을 다음의 C단계의 열-봉함처리를 위한 준비로서 코로나 방전이나 화염처리를 하며, 이 웨브를 뒤집어 단계 D를 용이하게 실행할 수 있도록 하고, 단계 D에서는 판지기질(36)에 용융 LDPE층(38)을압출피복한다. 단계 E에서는, LDPE층(38)을 코로나 방전처리하여 다음 단계의 PETG피복을 용이하게 하고, 끝으로 단계 F에서는 LDPE층(38)에 PETG층(40)을 압출피복하여 완성한다.
제6도를 참조하면, 본 발명의 적층물의 다른 실시예를 포함한다. 이 실시예는 향미오일의 보존 뿐 아니라 비타민 C의 보존도 가능한 장벽층을 추가로 포함한다. 이 별도의 실시예에서, 판지기질(44)는 외표면에 열-봉함성 LDPE(42)층으로 피복된다. 판지기질(44)의 내표면에는 LDPE층(46)를 피복한다. LDPE층(46)은 산소장벽재질층(48)으로 감싼다. 이 산소장벽재질층은 알루미늄호일, 폴리아크릴로니트릴, 폴리테레프탈산에틸렌, 폴리염화비닐리덴, 폴리아미드, 폴리에틸렌/비닐알코올이나 폴리염화비닐중 어느 것이든 될 수 있다. 장벽재질층은 상자의 내표면을 형성한 열-봉함성 PETG층(50)으로 피복한다.
LDPE층(46)과 PETG층(50)에 대한 장벽재질층(48)의 접착력을 증가시키기 위하여 결합층(tie layer)(47,49)을 사이에 끼울 수 있다. Dupont의 C×A'나 Norchem의 PLEXARS와 같은, 압출이나 동시-압출성(co-extrudable) 접착제가 적합하게 선택된다.
제7도는 본 발명의 또다른 실시예를 개시한다. 이 실시예는 제5도의 LDPE외층(34)를 PETG 압출물로된 외층(52)으로 대체한 것을 보여준다. 내층(56)(LDPE)과 내층(58)(PETG)은 제4도의 구조와 유사하다. 상자의 외부에 열-봉함성 PETG층을 추가하면 이 제품을 여러가지 용도로 사용할 수 있다. 산소장벽효과를 증가시키거나 앞뒤의 봉함을 용이하게 하는데 필요한 포장용도가 그것이다.
제8도는 제7도의 또다른 실시예를 나타내는데, 여기서는 적층물의 앞에서부터 뒤쪽으로 PETG층(60), LDPE층(62), 판지기질(64), LDPE층(66) 또한 가장 안쪽의 PETG층(68)로 되어 있다.
제9도는 제8도의 실시예와 유사한 것을 나타낸다. 열-봉함성 PETG 외층(60)을 PETG와 LDPE로 된 혼합층(70)으로 대체한다. 이 혼합층은 58 내지 30%의 PETG와 나머지는 LDPE로 만든다. 이 적층물은 바깥에서 안쪽으로 LDPE/PETG 혼합물층(70)-LDPE층(72)-판지기질(74)-LDPE층 (76)-PETG층(78)으로 된다. LDPE/PETG 혼합물층의 잇점은 열봉함 처리전 별도의 표면처리가 불필요하게 되는 것이다.
이러한 특정한 피복기술을 설명하였지만, 판지기질에 층을 도포하는 어떤 적합한 기술도 적절히 사용할 수가 있다.
정유손실율(%)과 비타민 C의 손실율(%)로 표시되는 본 발명의 적층물에 의한 장벽효과를 표 1에 요약된 다음의 실시예로 명백히 알 수 있다.
표준 1/2갈론 쥬스상자를 만들어서 쥬스를 채웠다. 이 쥬스에 함유된 대표적인 정유는 D-리모넨이었다. 채워진 상자를 6주간의 시험기간동안 보관하였다가 그후에 쥬스를 분석하여 정유인 D-리모넨의 손실중량%와 비타민 C의 손실중량%를 측정하였다. 시험관 6개의 상자는 제1도 내지 제6도에 표시된 것들이며 그 결과를 아래에 기술한다.
[표 1]
Figure kpo00003
* 1% 이하
본 발명의 적층물로 제조한 상자는 정유의 손실에 대해 거의 완벽한 장벽효과를 제공하여 이는 열-봉함성 LDPE층을 포함하는 기존의 구조물에서 나타내는 것보다 훨씬 크다는 것을 명백히 알 수 있다. 또한 산소 투과율이나 비타민 C의 손실%도 알루미늄 호일을 포함하지 않는 종전의 모든 적층물 보다 크게 감소되었다. 정유의 이동을 막는 장벽으로서 뿐만 아니라 비타민 C의 손실을 막는 장벽으로서의 효과를 가진 본 발명의 적층은 이것으로 구성된 상자의 보존기간을 현저히 연장시킨다.

Claims (15)

  1. 정유(essential oil)나 향미를 함유한 액체를 담는 것으로서; (a) 판지기질(36,44); (b) 판지기질 외표면에 피복하는 열-봉함성 저밀도 폴리에틸렌 고분자(LDPE) 외층(34); (c) 판지기질 내표면에 피복하는 열-봉함성 LDPE층(38,46); (d) LDPE 내층의 외표면에 압출 피복된 열-봉함성 글리콜-변형 폴리테레프탈산에틸렌(PETG)층 (40,50)으로 구성된 적층물로 만든 것을 특징으로 하는 용기.
  2. 제1항에 있어서, LDPE외층(34,42)을 코로나 방전 처리하여 적층물의 열-봉함성을 향상시킨 것을 특징으로 하는 용기.
  3. 제1항에 있어서, LDPE외층(34,42)을 화염(flame) 처리하여 적층물의 열-봉함성을 향상시킨 것을 특징으로 하는 용기.
  4. 제2항에 있어서, LDPE내층(38,46)의 외표면을 코로나 방전 처리하여 이것에 대한 열-봉함성 PETG층의 접착력을 향상시킨 것을 특징으로 하는 용기.
  5. 제3항에 있어서, LDPE내층(38,46)의 외표면을 화염처리하여 이것에 대한 열-봉함성 PETG층의 접착력을 향상시킨 것을 특징으로 하는 용기.
  6. 제1항 내지 5항중 한항에 있어서, LDPE내층(46)과 PETG층(50) 사이에 산호장벽재질층(48)을 삽입한 것을 특징으로 하는 용기.
  7. 제6항에 있어서, 산소장벽재질층(48)은 알루미늄 호일층인 것을 특징으로 하는 용기.
  8. 제6항에 있어서, 산소장벽재질층(48)은 폴리테레프탈산 에틸렌층인 것을 특징으로 하는 용기.
  9. 제6항에 있어서, 산소장벽재질층(48)은 폴리염화비닐리덴층인 것을 특징으로 하는 용기.
  10. 제6항에 있어서, 산소장벽재질층(48)은 폴리아미드층인 것을 특징으로 하는 용기.
  11. 제6항에 있어서, 산소장벽재질층(48)은 폴리에틸렌/비닐알코올층인 것을 특징으로 하는 용기.
  12. 제6항에 있어서, LDPE내층(46)과 PETG층(50)에 대한 산소장벽 재질층(48)의 접착력을 개선하기 위하여 산소장벽 재질층(48)과 접촉할 결합층(47,49)을 포함하는 것을 특징으로 하는 용기.
  13. 정유(essential oil)나 향미를 함유한 액체를 담는 것으로서; (a) 판지기질(54); (b) 판지기질 외표면에 피복하는 열-봉함성 글리콜-변형 폴리테레프탈산 에틸렌(PETG)층(52); (c) 판지기질 내표면에 피복하는 열-봉함성 저밀도 폴리에틸렌 고분자(LDPE)층(54); 또한 (d) LDPE층(56) 외표면에 피복된 열-봉함성 글리콜-변형 폴리테레프탈산에틸렌(PETG)층(58)으로 구성된 적층물로 만든 것을 특징으로 하는 용기.
  14. 정유(essential oil)나 향미를 함유한 액체를 담는 것으로서; (a) 판지기질(74); (b) 판지기질의 외표면에 피복한 LDPE층(72); (c) LDPE(72) 외표면에 피복하는 것으로 5-30% 글리콜-변형 폴리테레프탈산에틸렌(PETG)과 나머지가 LDPE인 혼합물로된 층(70); (d) 판지기질의 내표면에 피복한 LDPE내층(76); 또한 (e) LDPE내층(76)의 외표면에 피복한 PETG층(78)으로 구성된 적층물로 만들 것을 특징으로 하는 용기.
  15. 정유(essential oil)나 향미를 함유한 액체를 담는 것으로서; (a) 판지기질(64); (b) 판지기질의 외표면에 피복한 LDPE층(62); (c) LDPE층(62) 외표면에 피복하는 글리콜-변형 폴리테레프탈산 에틸렌(PETG)층(60); (d) 판지기질의 내표면에 피복한 LDPE내층(66); (e) LDPE내층(66)의 외표면에 피복한 또다른 PETG층(68)으로 구성된 적층물로 만든 것을 특징으로 하는 용기.
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