KR950007618B1 - 열봉함성 에틸렌비닐알코올 공중합체(evoh) 장벽재질층을 구비한 적층물로 만든 개량된 쥬스용기 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
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 다른 실시예의 종단면도.
제8도는 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 : LDPE 층
4,10,20,28,36,44,54, : 판지
40,58 : EVOH층 14 : 호일(foil)
30 : 폴리프로필렌층 47,49 : 결합층
52 : LDPE/EVOH 혼합물층
본 발명은 판지상자(paperboard cartons)에 든 정유(essential oil) 보존과 비타민 C 손실의 방지를 위한 열-봉함성 장벽적층물(barrier-laminates)은 물론 이러한 적층물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 보다 특별히는, 본 발명은 감귤류 및 기타 쥬스의 향미(flavor)나 향기(oder) 성분을 흡수하거나 투과시키지 않는 개량된 열-봉함성(heat-sealable) 접촉재질로 구성되는 장벽적층물에 관한다.
열-봉함성 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 현재의 감귤류 쥬스용 판지상자의 성분으로서 잘 알려져 있지만 이런 상자는 감귤류 쥬스의 필수향미/방향오일의 흡수 또는 투과에 대해 장벽효과를 거의 제공하지 못한다. 또한, 알루미늄 호일(foil)과 같은 불투과성재질, 폴리아미드, 폴리테레프탈산에틸렌, 폴리염화 비닐리덴, 폴리염화비닐등과 같은 극성 물질 또한 고밀도 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 고결정상(highly crystalline)의 비-극성 재질도 D-리모넨(D-limonene) 등과 같은 비-극성의 감귤류 쥬스향미오일의 흡수나 투과에 대해 장벽역할을 하는 것으로 잘 알려져 있다. 그러나, 이러한 물질을 저밀도 폴리에틸렌으로 대체하기는 불가능하며 그 이유는 실제 사용온도범위에서 소요되는 열-봉합성, 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-봉합성 재료로서 이러한 향미-오일 내성재와 저밀도 폴리에틸렌을 혼합하여 사용하는데 노력을 집중하였다.
쥬스나 유사한 제품을 담는 판지상자 제조를 위한 상용 구조물은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)의 두 층 사이에 판지를 끼워넣은 열-봉함이 용이한 장벽적층물을 사용하였다. LDPE는 값싼 열-봉함성의 수분장벽(moisture barrier)이다. 종래의 구조물은 LDPE층이 단시간의 저장후에도 쥬스의 정유를 흡수하여 열봉함을 완전히 파괴하고, 층의 응력균열을 일으켜서 정유가 판지속으로 투과하여 대기로까지 유실되게 하는 결함이 있었다. 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 적층물 재질을 제조하는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예는 6주 이상의 상자 보존기간 동안 비타민 C의 손실에 대해 실제적으로 장벽효과를 제공하고 필수 향미오일의 손실에 대해서는 거의 완벽한 장벽효과를 제공하는 열-봉함성 장벽적층물을 보여준다. 이 바람직한 실시예는 외표면으로부터 정유나 향미와 접촉하는 내표면쪽으로 순서대로 저밀도 폴리에틸렌외층, 판지기질, 저밀도, 폴리에틸렌으로된 내층, 또한 저밀도 폴리에틸렌 내층위에 피복되어 쥬스와 접촉하게 되는 에틸렌 비닐알코올 공중합체(EVOH)층으로 구성된다.
본 발명의 적층물로 구성된 이 상자는 감귤류에 함유된 향미 오일을 유지시키고 또한 비타민 C의 손실을 크게 방지하여 보존 기간을 길게 연장시키므로 고가의 알루미늄 호일장벽을 대체할 수 있다.
EVOH는 미국의 Eval 회사에서 Eval EP 수지라는 상품명으로 시판되고 있다.
본 발명은 앞에서부터 뒤쪽으로 비-극성 성분인 LDPE와 극성 성분인 EVOH으로 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 EVOH재질에 불용성이어서, 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 뒤집어 LDPE층의 판지기질의 다른 노출면에 압출피복한다. 또한 이층은 다음의 EVOH층 접착을 용이하게 하기 위하여 코로나 방전처리나 화염처리를 한다.
세번째는' LDPE 내층에 용융상태의 EVOH층을 압출피복한다. 이제는 완성된 적층물을 앞쪽에서 뒤쪽(LDPE에서 EVOH로)으로 통상적인 온도에서(250℉ 내지 500℉) 열-봉함할 수 있다.
새롭게 형성된 적층물에 새김눈을 내어 절단하고, 접어서 수송을 위해 측면-이음매를 열-봉함한다.
본 발명에 따라서 제조된 장벽적층물을 우수한 장벽성질을 나타내고 용이하게 구성될 수 있을 뿐만 아니라 또한 음료수 포장에 사용할 수 있는 FDA 규격에도 합격된다. 미국 Eval 회사의 Eval EP는 음료에 직접 접촉이 가능토록 FDA 승인이 난 것으로서 본 발명의 EVOH로 사용하기 바람직하다. 저온(250℉ 내지 500℉)에서 열봉함이 가능하고 통상적인 기계로 절단이 가능한 다른 EVOH도 또한 접촉장벽으로서 사용이 가능하다.
이와 같이 본 발명의 이전에는 기질재질로서는 판지를 사용하는 잇점을 지니고 경제적이며 종전의 압출피복장치를 사용하여 형성할 수 있고 FDA가 승인한 열-봉함성 장벽 적층물로된 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 판지상자용 기존 상용 구조물은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)(2,6)이 두층 사이에 샌드위치된 판지(4)로 구성된(제1도)것으로서 열-봉함이 용이한 장벽적층물을 사용하여 제조한다. 이 LDPE는 정유(향미)와 방향물의 손실을 방지하기 위한 수분장벽으로서만 이용되는 값싼 열-봉함성 재질이다. 종전의 적층구조물에서 야기되는 문제점은 쥬스의 정유(즉 D-리모넨)가 단시일후에 LDPE층에 흡수되어 열봉함(heat seal)을 부패, 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 제공치 못한다. 예를들면, 종래의 판지로된 1/2 갈론짜리 쥬스상자는 60.5%의 정유(D-리모넨)와 84.5%의 비타민 C가 6주의 단기간에 손실된다(표 1참조).
현존하는 종래의 판지상자(제2도)중 하나는 산소가 통과되어 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 않는데, 그 이유는 열-봉함되는 접촉층이 여전히 저밀도 폴리에틸렌이기 때문이다. 제2도의 장벽 적층물로 만든 쥬스상자의 보존저장기간은 여전히 35.5%의 정유(D-리모넨)의 손실을 가져오긴 하지만, 비타민 C의 손실과 관련하여서는 24%로 장벽성질을 크게 향상시킨다(표 1참조).
호일층을 추가하면 적층물은 극히 양호한 O2장벽 성질을 나타낸다. 호일층의 사용이 유리하긴 하지만, 호일을 사용하면 비용이 증가되어서 경제적으로 바람직하지 못하다.
제3도와 제4도는 미국특허 제4,513,036호에 기술된 장벽적층물을 개시한다. 제3도는 LDPE층(18)-판지(20)-고밀도 폴리에틸렌(HDPE)층(22)-LDPE층(24)의 샌드위치 구성으로된 장벽 적층물을 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 제4,513,036호의바람직한 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 향미/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 형성하는 필요성 때문에 모두가 서로 우수한 열-봉함 특성을 나타내는 비-극성 화합물인 LDPE재질의 외층과 내층을 사용해야 한다.
제5도를 참조하면, 본 발명의 적층물의 바람직한 실시예로서 282파운드의 가장 적합한 고급판지 재료인 판지기질(36)을 포함하는 것으로 표시되어 있다. 우유상자판지는 양면에 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)이 연(ream)당 5 내지 40파운드의 중량으로 피복되어 있다. 적층물의 뒷쪽이나 내부, 말하자면 LDPE층(38)에는 EVOH층(40)이 도포되어 있다. 이 EVOH층은 미국의 Eval 회사의 Eval EP수지로 구성된 열-봉함층이다.
제8도를 참조하면, 블록선도는 제5도는 열-봉함 장벽 적층물을 형성하는 방법을 개시한다.
이 적층은 쉽게 구성할 수 있다. 단계 A에서는 판지의 양면을 화염(flame) 처리한다. 단계 B에서는 판지기질(36)에 용융상태의 LDPE층(34)을 압출피복한다. 단계 C에서는 LDPE층(34)을 다음의 D단계의 열-봉함처리를 위한 준비로서 코로나 방전이나 화염처리 하며, 이 웨브를 단계 E를 용이하게 실행하기 위해 뒤집고, 단계 E에서는 판지기질(36)에 용융 LDPE층(38)을 압출피복한다. 단계 F에서는 EVOH층(40)을 LDPE층(38)에 압출 피복하여 완성한다.
제6도를 참조하면, 본 발명의 적층물의 다른 실시예를 표시한다. 이 실시예는 향미오일의 보존 뿐 아니라 비타민 C 보존도 가능한 장벽층을 추가로 포함한다. 이 별도의 실시예에서, 판지 기질(44)는 외표면에 열-봉함성 LDPE(42)층을 압출피복한다.
판지기질(44)의 내표면에는 LDPE층(46)를 피복한다. LDPE층(46)은 산소장벽재질층(48)으로 감싼다. 이 산소장벽재질층은 알루미늄 호일, 폴리아크릴로니트릴이나 그의 공중합체, 폴리테레프탈산 에틸렌이나 그의 공중합체, 폴리염화비닐리덴이나 그의 공중합체, 폴리아미드나 그의 공중합체, 폴리비닐알코올이나 그의 공중합체, 폴리염화비닐이나 그의 공중합체 또는 또다른 EVOH층 등 어느 것이든 될 수 있다. 장벽재질층은 상자의 내표면을 형성한 열-봉함성 EVOH층(50)으로 피복한다.
LDPE층(46)과 EVOH층(50)에 대한 장벽재질층(48)의 접착력을 증가시키기 위하여 결합층(tie layer)(47,49)을 사이에 끼울 수 있다. Dupont의 CA 계열이나 Norchem제의 최근의 생산품 Piexars와 같은, 압출이나 동시 출성(coextrudable) 접착제가 적합하게 선택된다. 제6도의 산소장벽재질층(48)과 내층(50) 모두에 에틸렌비닐알코올(EVOH)을 사용하는 경우에는, 사전에 화염이나 코로나 방전처리한 LDPE층에 EVOH층(48)/결합층(49)/EVOH층(50)을 동시 압출피복하면 결합층(47)을 생략할 수 있다.
제7도는 제5도의 실시예와 유사한 것을 나타낸다. 열봉함성 LDPE 외층(34)을 EVOH와 LDPE로 된 혼합층(52)으로 대체한다. 이 혼합층은 5 내지 30%의 EVOH와 나머지는 LDPE로 만든다. 이 적층물은 바깥에서 안쪽으로 LDPE/EVOH 혼합물층(52)-판지기질(54)-LDPE층(56)-EVOH층(58)으로 된다. LDPE/EVOH 혼합물층의 잇점은 열봉함처리전에 별도의 표면처리가 불필요하게 되는 것이다.
이러한 특정한 피복기술을 설명하였지만, 판지에 압출, 동시 압출 또는 접착제 적층이나 단일 또는 다층필름을 입히는 것과 같은 판지기질에 층을 도포하는 어떤 적합한 기술도 적절히 사용할 수가 있다.
정유 손실율(%)과 비타민 C의 손실율(%)로 표시되는 본 발명의 적층물의 독특한 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 보관했다가 그후에 쥬스를 분석하여 D-리모넨의 손실중량%와 비타민 C의 손실중량%를 측정하였다. 시험된 6개의 상자는 제1도 내지 제6도에 표시된 것들이며, 그 결과는 아래와 같다.
[표 1]
* 1% 이하
본 발명의 적층물로 제조한 상자가 정유의 손실에 대해 거의 완벽한 장벽효과를 제공하며 이는 열봉함성 LDPE층을 포함하는 기존의 구조물에서 나타내는 것보다 훨씬 크다는 것을 명백히 알 수 있다. 또한 산소투과율이나 비타민 C의 손실%도 알루미늄 호일을 포함하지 않는 종전의 모든 적층물보다 크게 감소되었다.
정유의 이동을 막는 장벽으로서 뿐만 아니라 비타민 C의 손실을 막는 장벽으로서의 효과를 갖는 본 발명의 적층물은 이렇게 구성된 상자의 보존기간을 현저히 연장시킨다.
Claims (26)
- 정유(essential oil)나 향미(flavor)를 가진 액체를 담기 위한 것으로, (a) 판지기질(36,44); (b) 판지기질 외표면에 피복된 열-봉함성 저밀도 폴리에틸렌 고분자(LDPE)로 된 외층(34,42); (c) 판지기질 내표면에 피복된 열-봉함성 저밀도 폴리에틸렌 고분자로 된 내층(38,46); (d) 내층(38,46)의 표면에 대해 250-500℉ 온도로 압출하여 피복한 에틸렌비닐알코올 공중합체(EVOH)로된 열봉함성 액체 접촉층(40)으로 구성되고 이 액체 접촉층이 산소, 정유와 향미의 투과전달에 대한 장벽역할을 하는 것을 특징으로 하는 적층물로 만든 용기.
- 제1항에 있어서, 외층(34,42)을 코로나 방전(corona discharge) 처리하여 열-봉함성을 향상시킨 것임을 특징으로 하는 용기.
- 제1항에 있어서, 외층(34,42)을 화염(flame) 처리하여 열-봉함성을 향상시킨 것임을 특징으로 하는 용기.
- 제2항에 있어서, 내층(38,46)은 코로나 방전처리하여 내층에 대한 열봉함성 EVOH 액체접촉층(40)의 접착력을 향상시킨 것임을 특징으로 하는 용기.
- 제3항에 있어서, 내층(38,46)은 화염처리하여 내층에 대한 열봉함성 EVOH 액체접촉층(40)의 접착력을 향상시킨 것임을 특징으로 하는 용기.
- (a) 판지기질(36,44); (b) 판지기질의 외표면에 피복된 열-봉함성 저밀도 폴리에틸렌 고분자(LDPE)로된 외층(34,42); (c) 판지기질의 내표면에 피복된 열-봉함성 저밀도 폴리에틸렌 고분자로 된 내층(38,46); (d) 판지기질(36,44)로부터 멀리떨어진 내층(38,46) 위에 피복된 산소장벽재질로 된 층(48)과, (e) 이 층(48) 위에 피복된 열봉함성 LDPE로 된 결합층(49), 또한 (f) 결합층(49) 표면에 대해 250-500℉ 온도로 압출하여 피복한 열봉함성 EVOH층(50)을 포함하고 이 층(50)이 산소, 정유와 향미의 투과전달에 대한 장벽역할을 하는 것을 특징으로 하는 적층물로 만든 용기.
- 제6항에 있어서, 산소장벽재질층(48)이 EVOH로 된 것임을 특징으로 하는 용기.
- 제6항에 있어서, 산소장벽재질층(48)이 폴리비닐 알코올로 된 것임을 특징으로 하는 용기.
- 제6항에 있어서, 산소장벽재질층(48)이 알루미늄호일(foil)층인 것을 특징으로 하는 용기.
- 제6항에 있어서, 산소장벽재질층(48)이 폴리테레프탈산 에틸렌으로 된 것임을 특징으로 하는 용기.
- 제6항에 있어서,산소장벽재질층(48)글리콜변형폴리테레프탈산에틸렌(PETG)으로 된 것임을 특징으로 하는 용기.
- 제6항에 있어서, 산소장벽재질층(48)이 산변형(acid-modified) 폴리테레프탈산에틸렌으로 된 것임을 특징으로 하는 용기.
- 제6항에 있어서, 산소장벽재질층(48)이 폴리염화 비닐리덴층인 것을 특징으로 하는 용기.
- 제6항에 있어서, 산소장벽재질층(48)이 염화비닐리덴 공중합체층인 것임을 특징으로 하는 용기.
- 제6항에 있어서, 산소장벽재질층(48)이 폴리염화비닐 고분자층인 것을 특징으로 하는 용기.
- 제6항에 있어서, 산소장벽재질층(48)이 염화비닐 공중합체층인 것을 특징으로 하는 용기.
- 제6항에 있어서, 산소장벽재질층(48)이 폴리아미드층인 것을 특징으로 하는 용기.
- 제6항에 있어서, 산소장벽재질층(48)이 폴리아미드 공중합체층인 것을 특징으로 하는 용기.
- 제6항에 있어서, 외층(34,42)을 코로나 방전(corona discharge) 처리하여 적층물의 열-봉함성을 향상시킨 것을 특징으로 하는 용기.
- 제6항에 있어서, 외층(34,42)을 화염(flame) 처리하여 적층물의 열-봉함성을 향상시킨 것을 특징으로 하는 용기
- 제6항에 있어서, 내층(38,46)을 코로나 방전 처리하여 내층에 대한 열-봉함성 EVOH 액체접촉층(50)의 접착력을 향상시킨 것을 특징으로 하는 용기.
- 제6항에 있어서, 내층(38,46,56)을 화염처리하여 내층에 대한 열-봉함성 EVOH 액체접촉층(40,58)의 접착력을 향상시킨 것을 특징으로 하는 용기.
- 정유(essential oil)나 향미(flavor)를 가진 액체를 담기위한 것으로, (a) 판지기질(54), (b) 판지기질의 외표면에 피복된 것으로 5-30%의 에틸렌비닐 알코올 공중합체(EVOH)와 나머지로서 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 함유하는 열-봉함성 혼합물로 된 외층(52), (c) 판지기질의 내표면에 피복된 열-봉함성 LDPE로 된 내층(56), (d) 내층(56) 표면에 대해 250-500℉ 온도로 압출하여 피복한 열봉함성 EVOH층(58)을 포함하고 이 층(58)이 산소, 정유의 향미의 투과전달에 대한 장벽역할을 하는 것을 특징으로 하는 적층물로 만든 용기.
- 제23항에 있어서, 내층(56)을 코로나 방전처리하여 내층에 대한 열-봉함성 EVOH층(58)의 접착력을 향상시킨 것을 특징으로 한 용기.
- 제23항에 있어서, 내층(56)을 화염 처리하여 내층에 대한 열-봉함성 EVOH 층(58)의 접착력을 향상시킨 것을 특징으로 한 용기.
- 제6항에 있어서, 산소장벽재질층(48)의 내표면에 열-봉함성 LDPE로된 또다른 결합층(47)을 피복한 것을 특징으로 하는 용기.
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