KR100793398B1 - 폴리머-기재 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 패키징 카드보드와 같은 웹 형태의 기질을 코팅하기 위한 압출성 또는 공압출성 필름 또는 필름 코팅으로서 특히 사용되기 위한 폴리머-기재 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 상기 조성물은 용융 점도가 0.5-20g/10min.인 폴리머를 함유하고, 블랙과 화이트 안료가 상기 폴리머에 혼합됨으로 해서, 상기 조성물은 그레이로 착색되어, 가시광선과 UV 복사를 흡수하게 된다. 폴리머로서는 폴리올레핀, 특히 저밀도 폴리에틸렌이 적합하며, 블랙 안료는 카본 블랙이고 화이트 안료는 티타늄 디옥사이드일 수 있다. 상기 블랙 및 화이트 안료의 효과에 의해 야기되는 그레이는 일반적으로 패키징 카드보드에 사용되는 알루미늄 호일의 외관과 유사하다. 본 발명의 조성물에 의해 달성되는 빛과 UV 차단 효과에 의해, 쥬스와 같은 포장된 감광성 푸드(light-sensitive foods)의 지속성을 증진 시킬 수 있다.

Description

폴리머-기재 조성물{POLYMER-BASED COMPOSITION}
본 발명은 패키징 카드보드와 같은 웹 형태의 기질을 코팅하기 위한 압출성 또는 공압출성 필름 또는 필름 코팅으로서 특히 사용되기 위한 폴리머-기재 조성물에 관한 것이다. 이러한 조성물은 주성분으로서, 적어도 한가지의 압출성 또는 공압출성 폴리머를 함유한다.
폴리머는 패키징 페이퍼 및 패키징 카드보드에서 단일 또는 다층 코팅제로서 사용되어왔으며, 페이퍼나 카드보드의 한쪽면 또는 양쪽면 모두에 제공된다. 푸드 패키지용, 패키징 재료와 같이 특히, 열접착에 의해 밀봉되는 패키지용에는 열접착성 폴리머 코팅이 제공될 것이 요구되어 왔다. 폴리머는 각각, 열접착성이 요구되는 단일 또는 다층 폴리머 패키징 필름으로서 압출된다.
우유 카톤 및 쥬스 카톤과 같은 푸드 패키지용으로 사용된 패키징 카드보드에는 통상적으로 이 패키지를 가스 프루프(proof) 및 아로마 프루프로 만들기 위해 알루미늄 호일이 제공되었으며, 이는 본래 제품의 지속성을 개선시켰다. 또한, 상기 알루미늄 호일은 자외선 복사 또는 가시광선으로 인한 치명적일 수 있는 효과로부터 제품을 보호한다. 그러나, 비용과 환경적 이유로, 알루미늄은 본 패키징 카드보드에서 에틸렌 비닐 알코올 코폴리머(EVOH) 또는 폴리아미드(PA)와 같은 산소 배 리어 및 아로마 배리어로서 작용하는 폴리머로 점차 대체되고 있다. 그러나 이 폴리머는 어떠한 UV 또는 광차단을 형성하지 않음으로 해서, 가시광선 및 자외선 복사가 재료를 투과하여 포장된 제품이 손상될 수 있다.
재료에 투입되는 UV 흡수를 이용하거나, 재료를 프린트함으로써, 포장된 제품내에 패키징 재료를 투과하는 자외선 복사를 차단시키는 시도가 행해져 왔다. 예컨대, 패키지 카드보드의 폴리머 가스 배리어에 글리머(glimmer) 첨가(특허 FI-96752) 또는 염색 안료로 인해 UV 투과성을 감소시키는 효과(출원 FI-980086)에 대한 언급은 문헌에 있다.
또한, 패키징 카드보드를 전보다 더 얇게 만드는 개발 경향으로 인해, 가시광선 및 자외선 투과가 증가되었다. 이는 펄프내에 발색단에 의해 야기되는 빛과 UV 차단성이 결여된 표백된 펄프로 제조된 카드보드에서 두드러졌다. 예컨대, 표백된 기초 카드보드의 중량이 240kg/m2인 통상적인 폴리머를 기재로 한 다층 패키징 카드보드는 400-700nm의 파장 영역내에서 가시광선 약 10%가 투과될 수 있고, 이 빛이 포장된 식품의 지속성 및 질에 해로운 영향을 끼칠 수 있다는 것이 언급되었다. 상기 수행된 측정 결과는, 패키징 재료를 투과하는 빛이 쥬스내에 아스코르브산을 분해시킴으로 해서, 5주의 저장 기간 동안 본래 아스코르브산 양이 약 3분의 1로 감소된 것으로 나타났다. 반면, 빛의 효과가 배제된 점을 빼고는, 유사하게 수행된 보존 테스트에서는, 테스트 종결 후 아스코르브산의 약 75%가 잔존하였다.
상기 언급된 놀라운 관측은 패키징 재료에서 빛과 UV 투과에 대한 치명적인 문제를 배제시킬 수 있는 본 발명을 기초로 수행된다. 본 발명에 따른 해결책은 특히 압출성 또는 공압출성 필름 또는 코팅제에 적합한 폴리머를 기재로 하는 조성물이며; 상기 조성물은 용융 점도(MFR2) 0.5-20g/10min.인 폴리머를 함유하고, 블랙 안료 0.05-0.5 중량%와 화이트 안료 5-25 중량%를 폴리머에 혼합시키며, 그레이로 착색되고, 빛과 UV 복사가 흡수되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 조성물의 흡수 특성은 주로 흡수성 블랙 안료가 존재한다는 것에 기초한다. 특히 유효한 블랙 안료는 카본 블랙이며, 이는 저농도에서도 요구되는 빛과 UV 차단을 제공하고, 무독성이면서, 열접착성에 대해 내구성을 가지기 때문에 푸드 패키지용 코팅 조성물에 적합하다.
조성물에 혼합되는 상기 화이트 안료, 가장 바람직하게 티타늄 디옥사이드는 그 자체로 필름 또는 코팅제의 빛 또는 UV 복사의 투과를 상당히 많이 감소시키지는 않으나, 이것의 주된 의의는, 이것이 블랙 안료와 함께 사용되어 조성물에 그레이 색상을 부여한다는데 있다. 조성물을 그레이 색상으로 착색시킴으로써, 그로부터 만들어지는 상기 필름 또는 코팅제의 외관은, 일반적으로 패키징 재료에 사용되는 알루미늄 호일과 유사하게 된다. 소비자들은 오랜기간 동안 사용된 알루미늄 호일에 익숙해졌기 때문에, 만약, 익숙한 것과 유사한 외관이면, 시장에서 이 재료가 인정 받는데 상당히 매우 유리하다. 이러한 외관은 블랙 안료만으로는 달성 될 수 없었고, 상기한 본질적인 장점 역시 달성 되지 못한채로 남게될 것이였다.
패키지 재료용으로, 본 발명의 조성물로부터 특히, 열 접착층에서, 압출 또는 공압출된 층 두께가 5-60g/m2, 바람직하게 20-50g/m2이 요구되며, 이는 요구되는 빛과 UV 흡수를 달성할 수 있는 그레이 보호층을 형성한다.
상기 조성물의 주성분을 형성하는 본 발명의 폴리머 성분은 바람직하게는, 저밀도 폴리에틸렌(PE-LD)와 같은 폴리올레핀이며, 요구되는 용융점도는 0.5-20g/10min.이다.
본 발명의 조성물에서 임의의 추가 성분은 있을 수 있는 냄새의 흡수제로서 작용하는 소듐 알루미늄 실리케이트와 같은 흡습제(molecular sieve)이다.
본 발명의 조성물 중, 상기 성분에 대한 중량 한계는 바람직하게는 폴리머 75-94.95 중량%, 화이트 안료 5-25 중량%, 블랙 안료 0.05-0.5 중량% 및 흡습제 0-0.05 중량%이다.
상기 조성물중 폴리머 성분은 저밀도 폴리에틸렌일 수 있으며, 그 성분의 양은 75-94.95 중량%, 바람직하게는 80-90 중량%이고, 가장 바람직하게는 85-90 중량%이다. 화이트 안료는 가장 바람직하게는 티타늄 디옥사이드이고, 그 성분의 양은 5-25 중량%, 바람직하게는 10-20 중량%, 가장 바람직하게는 10-15 중량%이다. 블랙 안료는 가장 바람직하게는 카본 블랙이며, 그 성분의 양이 0.05-0.5 중량%, 바람직하게는 0.10-0.30 중량%, 가장 바람직하게는 0.10-0.20 중량%이다. 상기 조성물에 혼합시킨 흡습제는 가장 바람직하게는 소듐 알루미늄 실리케이트이고, 이 성분의 양은 최대 0.5 중량%, 바람직하게는 0.10-0.30 중량%, 가장 바람직하게는 0.15 -0.25 중량%이다. 저밀도 폴리에틸렌 약 87.65 중량%, 티타늄 디옥사이드 약 12 중량%, 카본블랙 약 0.15 중량% 및 소듐 알루미늄 실리케이트 약 0.2 중량%를 포함하여 이루어진 본 발명의 조성물이 특히 유리한 것으로 나타났다.
상기 조성물에 사용된 저밀도 폴리에틸렌의 밀도는 912-935kg/m3, 바람직하게는 915-932kg/m3, 가장 바람직하게는 915-930kg/m3일 수 있다. 본 발명에 따라, 폴리에틸렌의 용융 점도는 0.5-20g/10min., 바람직하게는 1-15g/10min., 가장 바람직하게는 3-10g/10min.이다. 특히 바람직한 것은 고압 자유 라디칼 중합법에 의해 제조된 선형 저밀도 폴리에틸렌이며, 이는 우수한 공정성으로 인해, 긴 곁사슬이 많고 용융 강도(melt strength)가 세다. 또한, 가능한 선택은 에틸렌 및 고α-올레핀의 촉매 코폴리머화 반응에 의해서, 또는 크롬, 지글러 나타(Ziefler Natta)를 이용하여 제조된 선형의 저밀도 폴리에틸렌이나 메탈로센 촉매일 수 있다. 긴 곁사슬은 공단량체로서 두 개의 말단 이중 결합을 포함하는 디엔 또는 폴리엔을 사용하여 제공할 수 있다.
다른 한편, 보스타 테크널러지(Bostar technology)로 제조된 폴리에틸렌을 본 조성물에 사용할 수 있으며, 그의 폴리올레핀은 보스타 테크널러지로 만들어진 폴리에틸렌으로서, 그 밀도가 927-962kg/m3, 바람직하게는 945-960kg/m3 이고, 용융 점도가 0.5-20g/10min., 바람직하게는 1-15g/10min., 가장 바람직하게는 3-10g/10min. 이다. 보스타 테크널리지를 고려해서, 본 명세서에 FI-970121이 참조 되었다.
상기 조성물에 카본블랙 약 0.10 중량%를 혼합시킬 경우, 일반적으로, 충분한 빛과 UV 차단이 실제로 달성되고, 약 0.20 중량%는 한계치로서, 상기 보호 효과를 고려하면, 이 값을 초과할 필요가 없다. 그러나, 상기 조성물에 대해 요구하는 그레이 쉐이드(grey shade)를 원할 경우, 상기 한계치를 초과할 수 있다. 카본 블랙 농도의 0.5 중량% 이상인 조성물의 색상은 매우 어두워서 더이상 알루미늄과 유사하지 않게 된다. 최대의 빛과 UV 차단을 달성하기 위해, 카본 블랙은 가능한 작은 미립자로서 조성물에 첨가되어야 한다. 평균 미립자 사이즈는 바람직하게는 최대 200nm, 가장 바람직하게는 약 20nm이다.
상기 조성물을 위해 사용한 티타늄 디옥사이드는 가능한 고순도가 요구되고, 이는 유기적으로 또는 무기적으로 가능한 적게 가공되어야 한다. 불순물은 압출 온도에서 반응 할 수 있으므로, 폴리머의 질을 저하시킬 수 있다. 상기 조성물에 혼합되는 티타늄 디옥사이드의 양은 첨가된 카본 블랙의 양에 따라 좌우된다; 이들의 상호 관계는 상기 조성물의 그레이 빛깔을 결정한다. 티타늄 디옥사이드 농도의 상한값 25 중량%는 실제로 이 한계값을 초과하면 상기 조성물의 압출성이 감소하기 시작한다는데서 정해진 것이다. 하한값 5 중량%에서, 적절한 그레이 색상을 제공하는 카본 블랙의 양이 너무 감소되기 때문에, 빛과 UV의 차단 효과에 문제가 생기기 시작한다. 티타늄 디옥사이드의 평균 미립자 사이즈는 바람직하게는 최대 1.8㎛이고, 가장 바람직하게는 약 0.18㎛이다.
특히, UOP의 제품명 Abscent 3000으로 시판되는 소듐 알루미늄 실리케이트가 흡습제로서 적합하다.
본 발명의 조성물의 제조는 예비 혼합물(마스터배치;Masterbatch)로서 폴리머에 안료를 첨가함으로써 최상으로 수행되었다. 본 발명에 적합한 이러한 제품은 예컨데, 제품명 Premix Prewhite 18-50으로 시판되는 티타늄 디옥사이드 혼합물 및 제품명 Premix Preblack 710-03으로 시판되는 카본 블랙 혼합물이다.
또한, 본 발명은 패키징 카드보드상에 분무되어 빛과 UV 복사를 차단하면서, 알루미늄 호일과 유사한 외관을 갖는 코팅제로서, 그레이 색상으로 착색된 폴리머-기재 조성물의 용도에 관한 것이다.
본 발명을 시험하기 위하여, 카본블랙 0.12 중량% 및 티타늄 디옥사이드 7.5 중량%를 저밀도 폴리에틸렌에 혼합시켜 조성물을 제조하였다. 본 발명에 따라, 표백된 펄프로부터 제조한 중량 240g/m2인 패키징 카드보드에, 접착 폴리머(EVOH) 5g/m2 및 폴리머 결합제 6g/m2을 코팅제로서 분무하고, 최상층에는 상기 조성물 45g/m2으로 만든 열 접착층을 형성시켰다. 유사하게 제조한 폴리머를 기재로 하는 패키징 카드보드를 비교 물질로서 사용했는데, 이 비교 물질은 최상층의 열 접착층에 염색 안료가 함유되지 않은 것이었다. 사과 쥬스를 저장 온도 23℃ 및 9℃에서 패키징 카드보드의 열접착에 의해 밀봉된 카톤에 저장시켰다. 쥬스에서, 아스코르브산 농도를 포장한 즉시 및 2주와 5주의 저장시간 후에 측정하였다. 상기 결과를 하기 표에 나타내었다.
사과 쥬스에서 아스코르브산 농도(mg/l)의 변화
저장 시간 0 2주 4주
본 발명 9℃ 450 395 355
본 발명 23℃ 450 355 340
비교 물질 9℃ 450 375 155
비교 물질 23℃ 450 275 145
상기 결과로부터, 본 발명에 따라 포장된 쥬스에서 아스코르브산의 보존 효과가 상당히 개선되었음을 알 수 있다.
가시광선 파장 영역에서 광투과에 대해, 본발명에 따라, 코팅 조성물에 혼합시킨 안료의 효과를 테스트하고, 측정한 곡선을 첨부한 도 1 및 도 2에 도시하였다. 측정 대상은 본 발명의 코팅 조성물을 함유하는 다층 패키징 재료였으며, 비교 물질은 종래 기술의 다층 패키징 재료였다.
도 1에서, 곡선 1은 코팅제로서 20g/m2의 투명한 무색 폴리에틸렌(PE-LD)를 갖는, 240g/m2 중량의 표백된 펄프의 카드보드로부터 얻은 것이다; 곡선 2는 유사하게 코팅된, 중량 300g/m2의 표백된 펄프의 카드보드로부터 얻었다; 곡선 3은 유사하게, 중량 239g/m2의 표백되지 않은 펄프의 카드보드로부터 얻었다; 본 발명을 도시한 곡선 4는 카본 블랙 0.12 중량% 및 티타늄 디옥사이드 7.5 중량%를 혼합하여 그레이로 착색시킨 본 발명의 폴리에틸렌 조성물(PE-LD) 20g/m2을 함유하는 코팅제로 코팅된, 240g/m2의 중량의 표백된 펄프의 카드보드에서 얻었다.
도 1에서, 곡선 1 및 2를 비교하면, 표백된 펄프로 제조된 카드보드가 얇기 때문에 광투과율이 증가됨을 관찰 할 수 있다. 또한, 곡선 3은 상기 카드보드가 표백되지 않은 펄프로 만들어졌기 때문에, 본래 광투과 문제는 발생하지 않는다. 화이트 및 블랙 안료에 의해 그레이로 착색된, 본 발명의 폴리머 조성물로 카드보드를 코팅함으로써 실질적으로 도 4에 따른 상응하는 광투과성이 달성되었다.
도 2는 도 1에서와 같이 측정한 광투과 곡선을 포함하며, 광흡수에 대한 티타늄 디옥사이드 및 카본 블랙의 양에 대한 효과를 도시한다. 종래 기술을 도시한 곡선 2 및 본 발명을 도시한 곡선 4는 도 1의 것과 동일하다. 곡선 5는 티타늄 디옥사이드 7.5 중량%를 함유하는 20g/m2의 폴리에틸렌(PE-LD)로 코팅시킨, 300g/m2의 중량을 갖는 표백된 펄프의 카드보드에서 얻었다. 곡선 6은 동일한 베이스 카드보드로부터 얻어진 것으로서, 단, 이것은 화이트 색상으로 염색된 상기 폴리에틸렌 17g/m2와 이것과 혼합된 그레이 색으로 염색된 폴리에틸렌 3g/m2로 코팅된 것이었다. 도 2의 곡선들을 비교하면, 광투과에 대한 티타늄 디옥사이드의 감소 효과는 상대적으로 작지만, 카본 블랙은 0.018 중량%의 농도에서 이미, 재료의 광투과성을 무첨가시의 1/3 미만의 수준으로 감소시킴을 알 수 있다.
당업자라면 본 발명의 상이한 형태의 구체예가 상기 실시예로 제한되는 것이 아니라, 첨부된 특허 청구 범위 내에서 변경 가능함을 쉽게 이해할 것이다.

Claims (15)

  1. 조성물이 블랙 안료 0.05-0.5 중량%와 화이트 안료 5-25 중량%가 혼합된 용융 점도(MFR2) 0.5-20g/10분의 폴리올레핀을 함유하고, 이들 안료들에 의해 그레이 색상으로 염색되어 가시광선과 자외선을 흡수하는 것이 특징인 폴리머-기재 열접착성 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 블랙 안료가 카본 블랙인 것이 특징인 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 화이트 안료가 티타늄 디옥사이드인 것이 특징인 조성물.
  4. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물이 광차단 및 자외선 차단을 제공하는, 그레이 폴리머 필름 또는 코팅제로서 압출 또는 공압출될 수 있고, 여기서 상기 필름의 중량은 5-60g/m2인 것이 특징인 조성물.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 조성물은 추가로 소듐 알루미늄 실리케이트와 같은 흡습제를 포함하는 것이 특징인 조성물.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 폴리올레핀은 밀도가 912-935kg/m3이고, 용융 점도는 0.5-20g/10분인 저밀도 폴리에틸렌인 것이 특징인 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 폴리올레핀은 보스타 테크널러지(Bostar technology)에 의해 제조된 폴리에틸렌으로서, 그의 밀도가 최소 927kg/m3이고, 용융 점도는 0.5-20g/10분인 것이 특징인 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    -폴리에틸렌 75-94.95 중량%;
    -화이트 안료 5-25 중량%;
    -블랙 안료 0.05-0.5 중량%; 및
    -흡습제 0-0.5 중량%를 함유하는 것이 특징인 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 폴리에틸렌 80-90 중량%를 함유하는 것이 특징인 조성물.
  11. 제10항에 있어서, 화이트 안료로서 티타늄 디옥사이드 10-20 중량%를 함유하는 것이 특징인 조성물.
  12. 제10항에 있어서, 블랙 안료로서 카본 블랙 0.10-0.30 중량%를 함유하는 것이 특징인 조성물.
  13. 제10항에 있어서, 흡습제 0.10-0.30 중량%를 함유하는 것이 특징인 조성물.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    -폴리에틸렌 87.65 중량%;
    -화이트 안료로서 티타늄 디옥사이드 12 중량%;
    -블랙 안료로서 카본 블랙 0.15 중량%; 및
    -소듐 알루미늄 실리케이트 0.2 중량%를 함유하는 것이 특징인 조성물.
  15. 제1항 내지 제3항 및 제7항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서, 패키징 카드보드 상에 분무되어 빛과 자외선을 차단하며, 알루미늄 호일과 유사한 외관을 갖는 열접착성 코팅제로서, 그레이 색상으로 착색된 조성물.
KR1020027013552A 2000-04-10 2001-04-09 폴리머-기재 조성물 KR100793398B1 (ko)

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