KR102563738B1 - 발포성 조성물의 유전성 가열 - Google Patents

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KR102563738B1
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브래들리 맥레오드
알렉시스 크리글
크리스 게티
대니얼 와스키
톈졘 황
톈?? 황
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헨켈 아게 운트 코. 카게아아
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Abstract

발포성 조성물을 유전 가열해 조성물을 발포하고 경화하는 방법이 기술된다. 특히, 무선 주파수 (RF) 가열이 발포성 조성물을 가열하기 위해 사용되어 물품의 제조에서 단열을 제공한다.

Description

발포성 조성물의 유전성 가열
본 발명은 발포성 조성물을 유전적으로 가열하는 것에 관한 것이다. 특히, 무선 주파수 (RF) 가열을 사용하여 발포성 조성물을 가열하여 물품의 제조에서 단열을 제공한다.
종래의 폐쇄-기포 압출 폴리스티렌 발포체 패키지보다 더 환경친화적인 1 회용 식품 패키지 및 용기가 추구된다. 전적으로 플라스틱으로부터 만들어진 패키지는 전형적으로 400 년 미만 내에 생분해되지 않거나, 또는 생분해되지 않아서, 일부 규제가 이러한 패키지 및 용기의 사용을 금지하였다.
재활용가능한 생분해성 및/또는 퇴비화될 수 있는 대안 패키지에 대한 수요가 있다. 이러한 패키지 중 하나는 재활용 및/또는 퇴비화될 수 있는 재생 물질로부터 공급된 셀룰로스계 기재를 포함한다. 패키지는 2 개의 셀룰로스계 기재를 둘 사이에 공기 갭을 개재시켜 연결시킴으로써 제조된다. 이들 대안 패키지에 대한 일부 단점은 플라스틱 패키지에 비해 낮은 단열 및 불량한 구조적 완전성을 포함한다. 패키지를 만지고 굽힘에 따라, 두 기재 사이의 공기 갭이 압축되고 그의 압축된 영역에서 단열이 감소한다. 단열은 셀룰로스 기재 층 사이의 공기 갭을 증가시키거나, 셀룰로스 기재의 두께를 증가시키거나 셀룰로스 매질을 두 층 사이에 삽입함으로써 개선될 수 있다.
상기 언급된 개선된 패키지 중 일부는 US 9,580,629, US 8,747,603, US 9,273,230, US 9,657,200, US 20140087109, US 20170130399, US 20170130058, 및 US 20160263876에 기재되어 있다. 패키지는 2 개의 기재 사이에 삽입된 코팅/접착제 내의 공기 갭을 가지도록 형성되고, 이는 단열을 제공한다. 통상적인 가열은 물 증발 및 중합체 경화/응집을 위한 연장된 시간 및 큰 공간을 필요로 한다. 또한, 패키지의 크기가 변하기 때문에, 단열 갭은 항상 균일하지는 않다. 마이크로파 가열은 수분의 함량 및 균일한 공기 갭에 대해 엄격한 제어를 제공하지만, 침투 깊이는 단지 약 1.5 인치로 제한된다. 따라서, 약 1.5 인치 초과의 두께를 갖는 임의의 기재는 비균일 패키지를 초래할 수 있다.
당업계에서는 모든 크기의 패키지에 대한 균일한 단열을 제공하는 방법이 요구된다. 본 발명은 다양한 크기의 패키지를 위한 균일한 단열을 제공하는 환경적으로 및 경제적으로 충실한 패키지를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 미소구-충전된 수성 조성물을 발포 및 응집시키는 방법에 관한 것이다.
하나의 실시양태는
(a) (i) 수성 중합체, (ii) 약 80 ℃ 내지 약 110 ℃의 초기 팽창성 온도 범위, 및 약 50 ℃ 내지 약 150 ℃의 최대 팽창성 온도 범위를 갖는 복수 개의 팽창성 미소구; 및 (iii) 임의로 첨가제를 포함하는 조성물을 제조하는 단계; 및
(b) 조성물을 유전 가열에 노출시키는 단계;
(여기서 조성물 내의 복수 개의 팽창성 미소구가 팽창하고 조성물이 응집되는 것)
를 포함하는 조성물의 발포 및 응집 방법에 관한 것이다.
또 다른 실시양태는
(a) (i) 수성 중합체, (ii) 약 80 ℃ 내지 약 110 ℃의 초기 팽창성 온도 범위, 및 약 50 ℃ 내지 약 150 ℃의 최대 팽창성 온도 범위를 갖는 복수 개의 팽창성 미소구; 및 (iii) 임의로 첨가제를 포함하는 조성물을 제조하는 단계;
(b) 조성물을 제1 기재 상에 도포하는 단계;
(c) 조성물 상에 제2 기재를 가하여, 2 개의 기재 사이에 조성물이 삽입된 물품을 형성하는 단계;
(d) 물품에 유전 가열을 적용하는 단계;
(여기서 조성물 내의 복수 개의 팽창성 미소구가 팽창하고 조성물이 응집되는 것)
를 포함하는 물품의 형성 방법에 관한 것이다.
유전 가열은 조성물 전체에 걸쳐 균일한 가열을 제공하고 조성물 및 물품 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 두께의 공기 갭을 형성한다.
도 1A는 미소구의 팽창 직후 RF 유전 가열에 의해 활성화된 미소구 충전된 조성물의 사진을 나타낸다.
도 1B는 조성물의 완전 건조 후 RF 유전 가열에 의해 활성화된 미소구 충전 조성물의 사진을 나타낸다.
도 2A는 미소구의 팽창 직후에 대류 가열에 의해 활성화된 미소구 충전 조성물의 사진을 나타낸다.
도 2B는 조성물을 완전히 건조시킨 후에 대류 가열에 의해 활성화된 미소구 충전 조성물의 사진을 나타낸다.
도 3A는 미소구의 팽창 직후 마이크로파 가열에 의해 활성화된 미소구 충전 조성물의 사진을 나타낸다.
도 3B는 조성물을 완전히 건조시킨 후 마이크로파 가열에 의해 활성화된 미소구 충전 조성물의 사진을 나타낸다.
도 4A는 1 분 동안 상온에서 건조시킨 후 RF에 의해 활성화된 패키지의 사진을 나타낸다.
도 4B는 상온에서 1 분 동안 건조시킨 후 RF에 의해 활성화된 기재 상의 접착제의 사진을 나타낸다.
도 5A는 상온에서 2 분 동안 건조시킨 후 RF에 의해 활성화된 패키지의 사진을 나타낸다.
도 5B는 상온에서 2 분 동안 건조시킨 후 RF에 의해 활성화된 기재 상의 접착제의 사진을 나타낸다.
도 6A는 상온에서 5 분 동안 건조시킨 후 RF에 의해 활성화된 패키지의 사진을 나타낸다.
도 6B는 상온에서 5 분 동안 건조시킨 후 RF에 의해 활성화된 기재 상의 접착제의 사진을 나타낸다.
본 발명은 복수 개의 미소구를 발포시키고 발포된 미소구에서 수성 조성물을 응집 및 고정시키는 방법을 제공한다. 수성 조성물은 중합체 및 복수 개의 미소구를 포함하고, 셀룰로스계 기재(들) 상에 적용되어 패키지를 형성한다. 일단 팽창되고 제자리에 고정되면, 발포 미소구 내의 공기 갭은 패키지에 단열 및 구조적 완전성을 제공한다. 이러한 패키지는 종래의 압출된 폴리스티렌 발포체 패키지보다 더 환경친화적이다.
통상적인 가열은 큰 공간 및 대량 열 출력을 필요로 하는 긴 벨트를 갖는 오븐을 필요로 한다. 약 212 ℉ (100 ℃) 내지 약 450 ℉ (177 ℃)의 온도 범위가 통상적인 가열기에서 전형적으로 사용된다.
마이크로파 가열은 또 다른 방법이다. 마이크로파 가열은 건조 및 수분 제어에서 균일성을 제공하고, 수분을 약 1 % 로 제어할 수 있다. 그러나, 마이크로파 에너지는 소산되고 약 1.5 인치 (4 cm) 초과의 깊이를 침투할 수 없다. 또한, 마이크로파는 공지된 방사선 위험이고 이러한 유해 방사선에 대한 노출은 작업자에 대해 최소화되어야 한다. 건강상 위험을 최소화하기 위해, 산업용 마이크로파 기계는 전형적으로 작은 개구부를 갖고, 따라서 큰 비정형적 모양인 용기를 작은 오리피스 (orifice) 내로 피팅하는 것이 난제이다.
유전 가열, 전자 가열, 무선 주파수 (RF) 가열, 및 고주파 가열 (모두 본원에서 상호교환적으로 사용됨)은 고주파 교류 전기장 또는 전자파가 유전체 재료를 가열하는 공정이다. RF 가열은 마이크로파 가열과 구별가능하다. 산업적인 무선 주파수는 약 141 내지 약 24 피트 (43 내지 7.3 미터)의 전형적인 파장으로 약 2 MHz 내지 300 MHz에서 작동한다. 산업용 마이크로파 시스템은 전형적인 파장이 약 13 내지 약 5 인치 (33 및 12 cm)인 300 MHz 초과의 주파수를 사용한다. 전력 이용 효율은 RF 발생기에서 마이크로파 유닛보다 훨씬 더 낮고, 따라서 마이크로파 유닛은 종종 바람직한 가열 공급원이다.
본 발명은 발포성 수성 조성물의 유전 가열, 특히 RF 가열을 제공한다. RF는 본 발명에서 유전체 물질, 극성 물 분자 사이에 교류 전기장을 생성한다. 물품은 전극 사이에서 운반되어 조성물 내의 물 분자가 계속해서 반대 전극을 향하도록 재배향되도록 야기한다. 이러한 분자 이동으로부터의 마찰은 빠른 가열을 야기한다. RF는 마이크로파 가열보다 훨씬 낮은 주파수에서 작동하고, 마이크로파보다 더 낮은 건강상 위험과 연관된다. RF는 또한 그의 보다 깊은 침투 깊이로 인해 더 부피가 크고 비정형적 모양인 용기를 가열하는데 적합하다.
또한, 본 발명의 방법은 유전 가열 및 직접 가열 적용의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유전 가열을 통해 미소구의 팽창이 달성될 수 있는 반면, 직접 가열을 통해 팽창 후 과량의 수분의 제거가 달성될 수 있다.
수성 중합체 및 복수 개의 팽창성 미소구를 포함하는 조성물의 RF 가열은 물 및 팽창된 미소구의 균일한 가열 및 건조를 제공한다.
본 발명은 또한 물품 상에 도포된 수성 중합체 및 복수 개의 팽창성 미소구를 포함하는 조성물의 RF 가열이 물품에 대해 개선되고 균일한 단열을 제공한다는 발견을 기초로 한다.
하나의 실시양태는
(a) (i) 수성 중합체, (ii) 약 80 ℃ 내지 약 110 ℃의 초기 팽창성 온도 범위 및 약 50 ℃ 내지 약 150 ℃의 최대 팽창성 온도 범위를 갖는 복수 개의 팽창성 미소구; 및 (iii) 임의로 첨가제를 포함하는 조성물을 제조하는 단계; 및
(b) 조성물을 유전 가열에 노출시키는 단계;
(여기서 조성물 내의 복수 개의 팽창성 미소구가 팽창하고 조성물이 응집되는 것)
를 포함하는 조성물의 발포 및 응집 방법에 관한 것이다.
RF 가열은 조성물로부터 물을 동시에 배출하여 수성 중합체를 응집시키고, 온도가 미소구의 활성화 상태에 도달함에 따라 미소구를 팽창시킨다. 약 14, 27 및 41 MHz의 RF 주파수에서의 가열이 특히 바람직하다. RF 장치는 최적의 가열을 위한 연산 증폭기로 설계될 수 있다.
본원에 기재된 조성물은 다층 기재, 특히 셀룰로스계 기재에 유용할 수 있다. 조성물을 사용하여, 더 큰 단열 공간이 2 개의 기재 사이에 제공될 수 있고, 이는 접착 지점에 부착된다. 본원에서 유용한 단열 제품은 소비자 사용을 위한 종이 제품, 예컨대 고온 음용 컵 및 뚜껑, 냉음용 컵 및 뚜껑, 고온 식품 용기 및 뚜껑, 냉식품 용기 및 뚜껑, 냉동고 카톤 및 케이스, 봉투, 백 (bag) 등을 포함한다.
조성물은 접착제로서 또는 코팅으로서 형성될 수 있고, 본원에서는 상호교환적으로 사용된다. 조성물은 수성 중합체, 복수 개의 팽창성 미소구 및 임의로 첨가제의 혼합물을 형성함으로써 제조된다.
수성 중합체는 유화 중합에 의해 제조되고, 단일 등급이거나 합성 유화 중합체 또는 천연 기원의 중합체의 혼합물일 수 있다. 유화 중합에 의해 제조된 수성 중합체는 전분, 비닐 아세테이트 에틸렌 분산액, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 아세테이트 폴리비닐 알콜, 덱스트린 안정화 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 아세테이트 공중합체, 비닐 아세테이트 에틸렌 공중합체, 비닐아크릴산, 스티렌 아크릴산, 아크릴산, 스티렌 부틸 고무, 폴리우레탄, 전분 및 이들의 혼합물을 포함하는 임의의 원하는 중합체 성분을 포함할 수 있다. 특히 바람직한 유화 중합체 성분은 비닐 아세테이트 에틸렌 분산액, 폴리비닐 아세테이트 및 전분이다. 바람직하게는, 유화 중합체는 친수성 보호 콜로이드에 의해 안정화된다.
수성 중합체는 임의의 양으로 조성물에 존재할 수 있고, 바람직하게는 조성물의 경화 전에 조성물의 약 60 중량% 내지 약 99.5 중량%, 바람직하게는 약 65 중량% 내지 약 95 중량%의 양으로 존재한다. 유화 중합체에 따라, 고체 함량은 에멀젼 중합체를 기준으로 약 40 중량% 내지 약 65 중량%로 다양하다.
본 발명에 유용한 팽창성 미소구는 열 및/또는 RF 방사선의 존재 하에 크기가 확장될 수 있다. 본 발명에 유용한 미소구는, 예를 들어 탄화수소 코어 및 폴리아크릴로니트릴 쉘 (예컨대 상표명 듀얼라이트 (DUALITE)®로 판매되는 것들) 및 다른 유사한 미소구 (예컨대 상표명 익스팬셀 (EXPANCEL®로 판매되는 것들)를 갖는 것들을 비롯한, 열 팽창성 중합체성 미소구를 포함한다. 팽창성 미소구는 약 5 미크론 내지 약 30 미크론의 직경을 포함하는 임의의 팽창되지 않은 크기를 가질 수 있다. 열 또는 방사선의 존재 하에, 본 발명의 팽창성 미소구는 원래 크기의 약 3 배 내지 약 10 배만큼 직경이 증가할 수 있다. 조성물 내의 미소구의 팽창 시에, 조성물은 개선된 단열 특성을 갖는 발포체-유사 물질이 된다. 미소구는 전형적으로 플라스틱 또는 중합체성 쉘로 제조되고, 발포제는 특정 온도에 도달시 활성화되도록 디자인된 쉘 내부에 있다.
팽창성 미소구는 이들이 팽창하기 시작하는 특정 온도 및 이들이 최대 팽창하는 제2 온도를 갖는다. 미소구 등급은 전형적으로 특정 팽창 (Texp) 온도 및 최대 팽창 온도 (Tmax)로 판매된다. 초기 팽창 온도 (Texp)는 미소구가 팽창하기 시작하는 전형적인 온도 (Texp)이고, 최대 팽창 온도 (Tmax)는 미소구의 약 80 % 가 팽창된 온도이다. 미소구가 Tmax보다 훨씬 더 큰 온도에 노출되면, 미소구가 폭발 및 수축되기 시작한다.
특히 유용한 미소구는 약 80 ℃ 내지 약 105 ℃의 Texp를 갖는다. 미소구가 최대 팽창 (Tmax)에 도달하는 온도는 바람직하게는 약 90 ℃ 내지 약 140 ℃ 이다.
특정 미소구 및 그의 각각의 Texp 및 Tmax의 선택은 본 발명에 중요하다. 임의의 특정한 등급의 미소구가 본 발명에서 사용될 수 있지만, RF 조건에서의 제제화 및 활성화를 할 때는 미소구의 Texp 및 Tmax가 고려되어야 한다. RF 방사선은 조성물로부터 물을 증발시키지만, 조성물의 온도는 약 100 ℃ 미만으로 제한된다. 초임계 가열은 첨가제 및/또는 염이 조성물에 존재하는 경우 RF 가열 동안에 발생할 수 있고, 이 온도를 100 ℃ 초과로 밀어넣는다. 그러나, 팽창성 미소구의 바람직한 Texp 및 Tmax는 각각 약 100 ℃ 미만 및 약 140 ℃ 미만이다. 보다 높은 온도를 갖는 미소구는 RF 가열 동안 활성화되지 않을 것이다. 일단 조성물이 응집되면, 미소구는 실질적으로 제자리에 고정되어, 불가능하지 않다면, 그의 팽창을 어렵게 만든다. 놀랍게도, RF 가열은 미소구의 보다 강건한 팽창을 허용한다. RF 활성화의 사용은 통상적인 대류 가열과 비교하였을 때, 미소구 확장의 자가-제한 및 더 적은 폭발 및 수축을 허용한다.
바람직한 실시양태에서, 팽창성 미소구는 조성물의 경화 전에 조성물의 약 0.1 중량% 내지 약 70 중량%, 보다 바람직하게는 조성물의 경화 전에 조성물의 약 0.5 중량% 내지 약 60 중량%, 및 가장 바람직하게는 조성물의 경화 전에 조성물의 약 1 중량% 내지 약 50 중량%의 양으로 조성물에 존재하는 것이 바람직하다. 팽창성 미소구의 팽창 비율 및 미소구의 로딩 레벨 (loading level)은 서로 연관될 것이다.
미소구의 양 및 중합체의 유형에 따라, 응집된 조성물은 접착 특성을 가질 수 있다. 높은 함량의 미소구는 접착제 특성이 낮거나 없을 것인 반면에, 조성물의 총 중량을 기준으로 약 30 중량% 미만의 낮은 수준은 조성물의 접착 특성을 초래할 것이다.
미소구의 완전히 팽창된 크기에 따라, 조성물 중 팽창성 미소구의 양은 조정될 수 있다. 조성물에 사용된 특정한 팽창성 미소구에 의존하여, 조성물 중 미소구의 바람직한 양은 수정될 수 있다.
미소구는 팽창된 후에 응집된 조성물의 구조적 완전성을 추가로 증가시킨다. 매트릭스 내에 공극을 도입하는 것은 전형적으로 기계적 완전성을 감소시키지만, 중합체성 매트릭스 내의 미소구는 기재 상에 적용될 때 강성을 제공한다. 이는 깨지기 쉬운 내용물을 포장하는데 특히 유용하다.
또 다른 실시양태에서, 미소구는 예비-팽창될 수 있다. 예비-팽창된 미소구가 조성물에 첨가되는 경우, 예비-팽창된 미소구는 RF 가열이 미소구의 분해를 시작하지 않도록 선택되어야 한다. 또 다른 실시양태에서, 미소구는 예비-팽창된 및 팽창성인 미소구의 혼합물일 수 있다.
조성물은 임의로 임의의 가소제, 점착제, 습윤제, 촉진제, 충전제, 안료, 염료, 안정화제, 레올로지 개질제, 폴리비닐 알콜, 보존제, 예를 들어 산화방지제, 살생물제; 및 그의 혼합물을 추가로 포함한다. 이들 성분은 조성물의 약 0.05 중량% 내지 약 15 중량%의 양으로 포함될 수 있다.
예시적인 가소제는 벤조플렉스 (BENZOFLEX)®로서 입수가능한 디벤조에이트, 예컨대 디에틸렌 글리콜 디벤조에이트, 디프로필렌 글리콜 디벤조에이트 등이다.
촉진제는 통상적으로 이용가능한 질산알루미늄 (Al(NO3)3), 아세트산 지르코늄, 암모늄 지르코닐 카르보네이트 (지르코늄 케미칼스 (Zirconium Chemicals)로부터의 바코트 (Bacote) 20으로서 입수가능함)를 비롯한 수용성 염으로부터의 다가 양이온이다. 다가 수용성 염의 첨가는 조성물의 팽창 동안 조사에 필요한 시간을 단축시킨다. 첨가되는 경우, 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.05 내지 약 1, 바람직하게는 약 0.1 내지 0.3 중량%가 사용될 수 있다.
예시적인 보존제는 1,2-벤즈이소티아졸린-3-온, 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 및 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온을 포함한다. 전형적으로, 보존제는 조성물의 경화 전에 조성물의 약 0.05 중량% 내지 약 0.5 중량%의 양으로 사용될 수 있다.
예시적인 충전제는 펄 전분 (pearl starch), 물리적으로 개질된 전분, 및 화학적으로 개질된 전분을 포함한다.
조성물의 조성 및 단열 특성에 유해한 영향을 미치지 않는 다른 물질을 원하는 대로 사용할 수 있다. 조성물의 응집을 증가시키기 위해 다른 첨가제 및/또는 염이 조성물에 포함될 수 있다.
조성물은 실온, 높은 수분 함량에서 응집되기 시작할 수 있지만, 수분 함량이 총 중량을 기준으로 약 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 또는 1 중량%일 때까지 실질적으로 유체일 것이다. 바람직하게는, 수분 함량은 조기 응집을 방지하기 위해 약 20 중량% 초과의 수준으로 유지되어야 한다. 조기 응집은 불균일한 건조를 초래하여, 기재 상에 건조된 조성물의 균일하지 않은 두께를 초래할 수 있다.
RF 가열은 또한 제조 물품의 처리량을 신속하게 소화하도록 한다. 조성물 중 고체 함량을 최대화하기 위해 상기 신속 처리량 방법을 수용하도록 조성물을 디자인하여야 한다. 물 분자는 기재에 보기 흉한 주름 또는 울퉁불퉁함을 남기지 않고 효율적으로 빠져 나가는 것이 바람직하다.
놀랍게도, RF 가열은 보다 빠른 처리량으로 균일하고 고른 미소구의 활성화 및 조성물로부터 물의 보다 빠른 유출을 제공한다. 균일하고 고른 응집된 코팅은 물품에 균일한 단열을 제공하고, 생산을 증가시키면서 기재 상의 보기 흉한 주름을 최소화한다.
또 다른 실시양태는
(a) (i) 수성 중합체, (ii) 약 80 ℃ 내지 약 110 ℃의 초기 팽창성 온도 범위 및 약 50 ℃ 내지 약 150 ℃의 최대 팽창성 온도 범위를 갖는 복수 개의 팽창성 미소구; 및 (iii) 임의로 첨가제를 포함하는 조성물을 제조하는 단계;
(b) 조성물을 제1 기재 상에 도포하는 단계;
(c) 조성물 상에 제2 기재를 가하여, 2 개의 기재 사이에 조성물이 삽입된 물품을 형성하는 단계;
(d) 물품에 유전 가열을 적용하는 단계;
(여기서 조성물 내의 복수 개의 팽창성 미소구가 팽창하고 조성물이 응집되는 것)
를 포함하는 물품의 형성 방법에 관한 것이다.
물품은 보호 패키지, 수송 패키지, 내충격성 패키지, 및 단열 패키지로서 적합하다. 패키지는 컵, 식품 용기, 케이스, 카톤, 백, 뚜껑, 박스, 봉투, 운송 백, 랩, 클램쉘 등을 포함한다.
기재는 섬유보드, 칩보드, 골판지, 주름진 매질, 솔리드 표백 보드 (SBB), 솔리드 표백 술파이트 보드 (SBS), 솔리드 미표백 보드 (SLB), 백색 라이닝된 칩보드 (WLC), 크라프트지, 크라프트 보드, 코팅된 종이 및 결합제 보드를 포함한다.
조성물은 일련의 도트, 스트라이프, 웨이브, 체커보드 패턴, 실질적으로 편평한 바닥을 갖는 임의의 일반적인 다면체 형상 및 그의 조합을 포함하는 원하는 임의의 형상으로 제1 기재에 도포될 수 있다. 또한, 조성물은 일련의 실린더에서 제1 표면에 도포될 수 있다. 또한, 원하는 경우, 조성물은 제1 표면 전체를 덮거나 (완전 적층) 또는 제1 표면의 일부를 덮는 실질적으로 평평한 시트로서 제1 표면에 도포될 수 있다. 조성물의 상부 표면에 제2 기재를 덮어, 제1 기재 - 팽창성 미소구가 있는 조성물 - 제 2 기재의 샌드위치 구조를 형성한다.
또 다른 실시양태에서, 단열 물품은 실질적으로 편평한 기재 및 비편평한 둥근 기재를 포함한다. 조성물을 실질적으로 편평한 기재, 비-편평 기재 또는 두 기재 모두에 적용하여 단열 물품을 형성한다. 조성물은 기재(들)의 표면을 완전히 코팅하거나 기재(들)의 표면의 부분을 선택적으로 코팅하기 위해 적용될 수 있다. 패턴은 랜덤 또는 다양한 정렬된 디자인일 수 있다. 생성된 물품은 따라서 라이너 표면 사이에 단열 공간을 갖는다. 패턴화 조성물을 갖는 물품은 두 기재 사이에 개재된 분할기를 모방한다. 두 기재 사이에 공간이 생성되었고, 팽창된 미소구에 의해 유지되었다.
임의로, 상이한 접착제를 2 개의 기재 사이에 도포할 수 있다. 이는 조성물이 접착 특성이 낮거나 없는 경우 2 개의 기재를 함께 결합시키는 데 특히 유용하다. 상이한 접착제는 제1 기재 상에 조성물을 도포하기 전에, 동시에 또는 이후에 도포될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 상이한 접착제를 제2 기재 상에 도포할 수 있고, 두 기재가 조성물과 함께 접합되고, 2 개의 기재 사이에 상이한 접착제가 삽입된다. 예시적인 상이한 접착제는 핫 멜트 접착제, 감압 접착제, 수성 접착제 및 용매계 접착제를 포함한다.
습윤 조성물을 2 개의 기재 사이에 도포하여 물품을 형성한 다음, 유전 가열에 노출시켜 조성물을 응집시키고 미소구를 팽창시킨다. 따라서 가열은 복수 개의 팽창된 미소구를 포함하는 성분을 기재의 표면에 제자리에서 고정시킨다. 유전 가열은 극성 물 분자 사이에 교류 전기장을 생성하고, 빠른 가열을 야기한다. 물의 존재 하에, 온도를 100 ℃로 상승시키고, 미소구가 팽창하면서 물을 증발시켰다. 약 80 ℃ 내지 약 100 ℃의 Texp 및 약 90 ℃ 내지 약 140 ℃의 Tmax를 갖는 미소구 등급은 유전 가열로 팽창한다.
유전 가열, 특히 RF 가열의 사용은 신속한 가공을 가능하게 한다. 따라서, RF 공정은 신속하게 처리량을 소화하도록 하고, 대류 가열 공정보다 더 작은 면적이 보장된다. 더욱이, 침투 깊이가 더 깊고 오븐 구멍이 마이크로파 오븐보다 더 유연하기 때문에, 보다 부피가 크고 비정형적인 모양의 패키지가 RF 가공으로 제조될 수 있다.
미소구를 함유하는 조성물로 형성된 다층 기재 패키지는 상승된 및/또는 감소된 온도에서 일정한 응력 하에 변형을 견딜 수 있는 패키지의 능력을 개선시킨다. 조성물의 변형이 승온에서 미소구의 첨가에 따라 증가하는 것이 당업자에게 예상된다.
본 발명은 하기 실시예의 분석을 통해 더 잘 이해될 수 있고, 이는 비제한적이고 단지 본 발명의 설명을 돕도록만 의도된다.
실시예
실시예 1-수성 중합체
<표 1>
실시예 2-조성물
하기 성분을 사용하여 조성물을 제조하였다. 각각의 수지 에멀젼을 사용하여 하기 조성물을 제조하였다.
<표 2>
* Texp 80 ℃, Tmax 135 ℃, 중간 입자 크기 15.2 μm, 발포제 이소부탄 (10 내지 20 % 농도), 밀도≤10 kg/m3
각 조성물은 용기에서 성분들을 혼합함으로써 제조하였다.
실시예 3-활성화
수지 에멀젼 3 조성물을 갖는 조성물 4를, 그의 습윤 상태에서, 일련의 점 패턴으로 종이 기재 (20 및 24 lb 종이, 골덴 크라프트) 상에 도포하였다. 각각의 기재를 대류 가열, 마이크로파 또는 RF 유전 가열 (40 MHz 및 55-62 Amps)로 활성화시켰다. 코팅의 초기 높이 및 활성화 후 최종 높이를 표 3에 기록하였다. 활성화 직후의 백분율 습윤도를 코팅의 비-팽창된 세그먼트의 양을 계산함으로써 시각적으로 측정하였다.
<표 3>
RF에 의한 활성화는 다른 2 개의 가열 방법보다 미소구 팽창 및 균일성의 증가 백분율이 우수하였다. 또한, RF 가열은 퍼센트 습윤이 대류 및 마이크로파 가열보다 상당히 더 낮기 때문에 훨씬 더 빠른 건조를 제공하였다.
종이 상의 활성화된 조성물의 사진을 도 1-3에 나타내었다. RF 가열은, 도 1A 및 1B에 나타낸 바와 같이, 일관되고 고른 팽창을 제공하는 반면, 대류 (도 2A 및 2B) 및 마이크로파 (도 3A 및 3B)는 조성물의 일관된 팽창을 제공하지 않았다.
실시예 4-고체 함량
속력 처리량을 이해하기 위해, 제1 기재 상에 조성물 4 (수지 에멀젼 3)를 코팅하여 패키지를 형성하고 제1 기재의 꼭대기에 제2 기재를 위치시켰다. 이어서, 패키지를 40 MHz 및 55 내지 62 Amp에서 RF로 활성화시키기 전, 1, 2 또는 5 분 미만 동안 주위 온도 (약 72 ℉ 내지 약 90 ℉ 범위)에서 바깥에 남겨두었다.
코팅된 기재의 이면 상의 패키지 외관을 도 4A, 5A 및 6A에 나타내었다. 2 개의 기재를 떼어내고 도 4B, 5B 및 6B에서 사진을 촬영하였다.
<표 4>
높은 고체 함량은 제조의 보다 빠른 처리량을 허용하지만, 높은 고체 함량 조성물의 표면은 조성물의 표면 상에 스킨을 형성하여 수분의 배출을 방지할 수 있다. 주름 및 고르지 않은 발포를 최소화하기 위해, 조성물은 RF로 1분 안에 활성화되어야 한다. 코팅하고 코팅을 1 분 안에 활성화시키는 것을 포함하는 빠른 처리량 공정이 최대한의 이점을 갖게 한다.

Claims (20)

  1. (a) (i) 물 중 수성 중합체, (ii) 80 ℃ 내지 110 ℃의 초기 팽창성 온도 범위, 및 90 ℃ 내지 150 ℃의 최대 팽창성 온도 범위를 갖는 복수 개의 팽창성 미소구; 및 (iii) 임의로 첨가제를 포함하는 발포성 조성물을 제조하는 단계; 및
    (b) 발포성 조성물을 유전 가열에 노출시키는 단계이며,
    여기서 유전 가열은 1분 미만 내에 완료되고,
    유전 가열이 300 MHz 미만의 주파수에서 작동하는 무선 주파수 가열인 단계
    를 포함하며, 이에 의해 발포성 조성물 내의 복수 개의 팽창성 미소구가 팽창하고, 발포된 조성물이 0.125-0.135 인치의 두께를 갖는 것인, 발포성 조성물의 발포 방법.
  2. 제1항에 있어서, 수성 중합체가 전분, 비닐 아세테이트 에틸렌 분산액, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 아세테이트 폴리비닐 알콜, 덱스트린 안정화 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 아세테이트 공중합체, 비닐 아세테이트 에틸렌 공중합체, 비닐아크릴산, 스티렌 아크릴산, 아크릴산, 스티렌 부틸 고무, 폴리우레탄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 유화계 중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 발포성 조성물이 다가 수용성 염인 촉진제를 추가로 포함하는 것인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 촉진제가 질산 알루미늄, 아세트산 지르코늄, 암모늄 지르코닐 카르보네이트 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.
  5. 제3항에 있어서, 무선 주파수 가열이 13, 27 또는 40 MHz의 범위에서 작동하는 것인 방법.
  6. (a) (i) 물 중 수성 중합체, (ii) 80 ℃ 내지 110 ℃의 초기 팽창성 온도 범위, 및 90 ℃ 내지 150 ℃의 최대 팽창성 온도 범위를 갖는 복수 개의 팽창성 미소구; 및 (iii) 임의로 첨가제를 포함하는 발포성 조성물을 제조하는 단계;
    (b) 발포성 조성물을 제1 기재 상에 도포하는 단계;
    (c) 임의로 발포성 조성물 상에 제2 기재를 가하여, 2 개의 기재 사이에 발포성 조성물이 삽입된 물품을 형성하는 단계;
    (d) 물품에 유전 가열을 적용하는 단계이며, 여기서 유전 가열은 1분 미만 내에 완료되고, 유전 가열이 300 MHz 미만의 주파수에서 작동하는 무선 주파수 가열인 단계
    를 포함하며 이에 의해 발포성 조성물 내의 복수 개의 팽창성 미소구가 팽창하고, 발포된 조성물이 0.125-0.135 인치의 두께를 갖고, 기재의 10% 미만이 주름을 포함하는 것인, 기재 및 발포된 조성물을 포함하는 물품의 형성 방법.
  7. 제6항에 있어서, 제1 기재와 제2 기재가 섬유보드, 골판지, 솔리드 표백 보드, 크라프트지 또는 코팅된 종이로부터 독립적으로 선택된 셀룰로스계 기재인 방법.
  8. 제6항에 있어서, 발포성 조성물이 일련의 도트, 스트라이프, 웨이브, 체커보드 또는 실질적으로 편평한 바닥을 갖는 다면체 형상인 패턴으로 도포되는 방법.
  9. 제6항에 있어서, 제1 기재 및 제2 기재 사이에, 핫 멜트 접착제인 접착제를 도포하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  10. 제6항에 있어서, 무선 주파수 가열이 13, 27 또는 40 MHz의 범위에서 작동하는 것인 방법.
  11. 제6항에 있어서, 물품이 컵, 식품 용기, 케이스, 카톤, 백 (bag), 박스, 뚜껑, 봉투, 랩 또는 클램쉘인 방법.
  12. 삭제
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