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KR101420581B1 - 단열 특성이 있는 개선된 접착제 - Google Patents

단열 특성이 있는 개선된 접착제 Download PDF

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KR101420581B1
KR101420581B1 KR1020137009093A KR20137009093A KR101420581B1 KR 101420581 B1 KR101420581 B1 KR 101420581B1 KR 1020137009093 A KR1020137009093 A KR 1020137009093A KR 20137009093 A KR20137009093 A KR 20137009093A KR 101420581 B1 KR101420581 B1 KR 101420581B1
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microspheres
composition
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탄잔 황
로버트 샌딜라
다니엘 와스키
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헨켈 코포레이션
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Abstract

향상된 단열 특성을 갖는 개선된 접착제 조성물을 제공한다. 향상된 단열 특성을 갖는 접착제 조성물은 전분 성분; 알칼리 성분; 사붕산 나트륨; 물; 및 복수의 팽창성 마이크로스피어를 포함한다. 향상된 단열 능력을 갖는 제품 및 향상된 단열 능력을 갖는 제품의 제조 방법을 또한 제공한다. 본 접착제 및 상기 접착제를 포함하는 제품은 환경친화적이다.

Description

단열 특성이 있는 개선된 접착제 {IMPROVED ADHESIVE HAVING INSULATIVE PROPERTIES}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2010 년 9 월 10 일 출원된 미국 가특허 출원 일련 번호 61/381,642 호의 이점을 주장하며, 그 내용은 본원에 참고로 포함된다.
기술분야
본 발명은 향상된 단열 특성을 갖는 접착제 조성물에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 접착제 조성물 및 골이 진 제품을 포함하는 종이 제품에 단열을 제공하기 위한 접착제 조성물의 제조 방법을 포함한다.
골판지를 포함하는 판지는 통상 종이컵을 포함하는 여러 제품의 단열을 제공하기 위해 사용된다. 전통적으로, 골판지는 우선 시트에 실질적인 사인곡선 또는 구불구불한 단면을 형성시키는 골 성형 롤 사이로 셀룰로오스 시트를 통과시킴으로써 골이 진 부재, 또는 "심지" 를 형성함으로써 제조된다. 사인곡선 부분의 첨단은 플루트로서 지칭된다. 접착제는 통상 플루트의 첨단에 도포되고, 골이 진 시트가 골 성형 롤 및 압력 롤 사이를 통과하기 때문에 골이 지지 않거나 평면의 셀룰로오스 라이너가 골이 진 부재의 접착제 코팅된 플루트에 적용된다. 한 면에는 골심지가 있고 다른 면에는 평면의 라이너가 있는 생성된 종이 제품은 편면 권취지로 불린다. 편면 부재는 용기 내의 라이너 또는 완충 재료로서 특정 적용에서와 같이 사용될 수 있다. 일부 제품에서, 접착제가 또한 편면 권취지의 플루트 첨단에 적용된 다음 제 2 라이너 시트가 "양면" 작업에서 홈이 있는 심지에 적용된다. 제 2 라이너 시트는 접착제와의 접촉 동안 열 및 압력의 조건에 노출된다. 실제로, 가장 자주 접하는 골판지 시트는 골심지의 각 면에 위치된 두 개의 평면을 갖는다. 원하는 특정 강도에 따라, 골판지 시트는 또한 두 개의 골심지 및 세 개의 평면, 두 개의 외부면 및 두 개의 골심지를 분리시키는 하나의 내부면과 같은 더욱 복잡한 구조로 제공될 수 있다.
전분계 접착제는 이의 바람직한 접착 특성, 저비용 및 제조의 용이성 덕분에 골 성형 공정에 가장 통상적으로 사용된다. 통상 "스테인-홀 (Stein-Hall)" 형성으로서 지칭되는 가장 기본적인 전분 골 성형 접착제는 열처리된 전분의 수분산액 중에 현탁된 미가공의 비젤라틴화 전분으로 구성된 알칼리 접착제이다. 상기 접착제는 수중 전분을 수산화나트륨 (가성 소다) 를 사용하여 젤라틴화시켜 젤라틴화 또는 열처리된 담체의 제 1 혼합물을 생성한 다음, 미가공의 (비젤라틴화) 전분, 붕사 및 물의 제 2 혼합물에 서서히 첨가하여 완전히 조성된 접착제를 생성함으로써 제조된다. 통상적인 골 만드는 공정에 있어서, 접착제는 홈이 있는 종이 심지의 첨단 또는 편면 판에 적용되고, 그 위에 열 및 압력이 적용되어 미가공의 전분이 젤라틴화 됨으로써 점도가 즉각적으로 증가되고 접착 결합이 형성된다.
전형적인 접착제가 여러 층의 단열지를 함께 접착시키는데 충분하지만, 그러한 접착제는 그 자체가 단열재로서 작용하지 않는다. 따라서, 통상적인 상황에서, 2 층 이상의 종이 (라이너 및 심지) 가 요구되고, 많은 상황에서 3 층 (2 장의 라이너 및 심지) 이 요구된다. 적절한 단열을 달성하기 위해서, 전형적인 단열 제품은 심지가 심지의 형성시 더 많은 종이가 필요하게 되는 파형으로 꽤 높은 진폭을 갖도록 요구한다. 결과적으로 전형적인 처방은 제품에 엄청난 양의 종이가 사용되도록 하는데, 이는 제조 비용을 추가할 뿐 아니라 친환경적이지 못하다.
본 발명은 제품에 단열 특성을 부여하는 접착제 조성물의 사용을 통해 단열지를 개선시키는 것을 추구한다. 또한, 접착제 및 이로부터 제조된 제품은 천연 성분으로부터 제조되고 환경친화적이다. 본 발명은 적용되는 제품에 충분한 접착력을 제공하는 친환경 단열 접착제를 제공한다.
발명의 요약
본 발명은 충분한 접착력을 유지하면서 우수한 단열을 제공하는 전분 조성물 및 전분 조성물의 사용 방법에 관한 것이다. 본 발명은 전분 조성물의 경화 특성과 단열 성분의 팽창 특성 사이에서 균형을 이루어 적합한 접착제를 제공한다. 특히, 전분 조성물은 단열 성분의 충분한 팽창을 가능하게 하는 젤라틴화 및 경화 온도를 갖고, 접착력 및 단열 특성 둘 모두에 대한 이점을 최대화한 것이 선택된다.
본 발명의 제 1 구현예에서, 전분 성분; 알칼리 성분; 사붕산 나트륨; 물; 및 복수의 팽창성 마이크로스피어를 포함하는, 향상된 단열 특성을 갖는 접착제 조성물이 제공되고, 상기 전분 성분은 팽창성 마이크로스피어가 팽창하는 온도 이상에서 전분 성분의 완전한 젤라틴화를 가능하게 하는 것으로 선택된다.
본 발명의 다른 구현예는 제 1 면 및 제 2 면을 갖는 실질적으로 평평한 종이 라이너를 제공하는 단계; 각각 정점 및 저점을 갖는 복수의 플루트를 갖는 종이 라이너를 제공하는 단계; 높은 아밀로오스 전분 성분, 알칼리 성분, 가교제, 및 물을 조합하여 전분 혼합물을 형성한 다음, 높은 아밀로오스 전분 혼합물을 조리하여 열처리된 전분 혼합물을 형성하는 단계, 비변성 전분 성분을 열처리된 전분 혼합물에 첨가하는 단계, 및 복수의 팽창성 마이크로스피어를 열처리된 전분 혼합물에 첨가하는 단계를 포함하는 향상된 단열 특성을 갖는 접착제 조성물의 제조단계; 접착제 조성물을 플루트의 각 첨단에 적용하는 단계; 플루트의 정점을 평면의 종이 라이너의 제 1 면의 표면과 붙여 제 1 종이 라이너 및 제 2 종이 라이너가 서로 플루트의 정점에 접촉된 복합 구조를 형성하는 단계; 복합 구조에서 접착제 조성물을 제 1 온도 및 제 2 온도로 경화시키는 단계 (상기 제 1 온도 및 제 2 온도는 약 20℉ 내지 약 40℉ 차이가 난다) 를 포함하는 향상된 단열 특성을 갖는 골이 진 제품의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예는 제 1 면 및 제 2 면을 갖는 실질적으로 평평한 종이 시트를 제공하는 단계 (상기 제 1 면은 단열 성분을 수용하기에 충분한 구조의 표면을 갖는다); 높은 아밀로오스 전분 성분, 알칼리 성분, 가교제, 및 물을 조합하여 전분 혼합물을 형성한 다음, 높은 아밀로오스 전분 혼합물을 가열하여 열처리된 전분 혼합물을 형성하는 단계, 비변성 전분 성분을 열처리된 전분 혼합물에 첨가하는 단계, 및 복수의 팽창성 마이크로스피어를 열처리된 전분 혼합물에 첨가하는 단계를 포함하는 접착제 조성물의 제조 단계; 실질적으로 평평한 종이 시트의 제 1 면에 접착제 조성물을 적용하여 접착제 조성물이 적용된 시트를 형성하는 단계; 접착제 조성물이 적용된 시트를 팽창성 마이크로스피어가 팽창하는데 충분한 제 1 온도로 가열하는 단계; 및 접착제 조성물이 적용된 시트를, 접착제 조성물을 완전히 경화하는데 충분한 제 2 온도로 가열하는 단계.
도 1 은 마이크로스피어의 팽창과 비교하여 접착력을 보여주는, 여러 접착제에 대해서 수행된 시험 결과를 나타낸다.
도 1a 는 골판지의 제조 장치의 일 구현예이다.
도 2 는 팽창성 마이크로스피어를 포함하지 않는 골판지의 근접 촬영한 횡단면도이다.
도 3 은 팽창성 마이크로스피어를 포함하는 골판지의 근접 촬영한 횡단면도이다.
도 4 는 팽창성 마이크로스피어를 포함하는 골판지의 근접 촬영한 횡단면도이다.
발명의 상세한 설명
단열 종이 제품에 사용하기 위한 전형적인 접착제는 만약 있다면, 최종 제품에 미미한 단열 특성을 제공한다. 이러한 접착제는 일반적으로 라이너(들)를 심지에 접착하기 위해서만 유용하므로, 플루트의 첨단 및 라이너 사이의 공기층이 단열을 달성하도록 해준다. 추가로, 접착제 조성물은 오로지 플루트 첨단과 라이너 사이에서 접착력을 제공하기 때문에, 접착 지점에 플루트 첨단과 라이너 사이에 매우 작은 공간이 있다. 접착 지점에 있는 상기 두 개의 부재 사이의 공간 부족은 만약 있다면 매우 적게 부가된 단열을 제공한다. 공기가 단열의 주요 수단이기 때문에, 심지의 파형 (심지가 꽤 큰 종이 시트로 제조되는 것을 요구함) 의 진폭이 중요하다. 또한, 충분한 단열을 제공하기 위해서, 상기 전형적인 제품은 보통 두꺼운 층의 종이를 사용하여 라이너(들)를 형성하거나, 대안적으로 다층의 종이를 사용하여 하나의 라이너를 형성한다. 결과적으로, 그러한 제품의 전형적인 공정은 고가의 제조 공정일 뿐 아니라 상당한 양의 폐기물을 야기한다.
본 발명은 접착제 조성물이 사용된 제품에 단열 특성을 제공하는 접착제 조성물을 제공한다. 본원에 기술되는 접착제 조성물은 심지 및 1 또는 2 장의 라이너를 갖는 전통적인 골판지 제품에 유용할 수 있다. 본 발명의 접착제 조성물의 사용을 통해, 접착 지점에 부착되는 심지의 플루트 첨단 및 라이너 사이에 우수한 단열 공간이 제공될 수 있다. 대안적인 구현예에서, 본 발명의 접착제 조성물은 심지가 필요없는 판지 단열을 형성하는데 유용할 수 있고, 대신 원하는 단열을 제공하기 위해서 접착제 조성물 자체를 필요로 한다. 본원에서 기술되는 접착제 조성물은 실질적으로 천연, 생분해성 물질로 제조되고, 본 발명의 접착제 조성물을 사용하여 제조된 제품은 형성하는데 종이가 덜 요구된다. 최종 결과는 비용이 덜 들고 더욱 환경친화적인 제품이다. 본원에서 유용한 단열 제품은 뜨거운 음료 컵, 뜨거운 음식 용기 등과 같은 소비자 사용을 위한 종이 제품을 포함한다.
본 발명은 단열 제품 제조시 사용하는 접착제 조성물이 복수의 팽창성 마이크로스피어를 포함할 수 있다는 발견에 근거한다. 상기 팽창성 마이크로스피어는 접착제 조성물에서 팽창이 가능할 때, 폼-유사 접착 물질을 생성하며, 이는 제품에 추가 단열을 제공한다. 예를 들어, 접착제가 라이너 및 심지 플루트의 첨단 사이에 적용될 때, 팽창성 마이크로스피어가 팽창될 수 있고, 이에 의해 부착 지점에서 플루트 첨단 및 라이너 사이의 단열 공간을 제공한다. 사용되는 파형 간의 더 작은 진폭을 갖는 (즉, 공기층이 덜 요구되는) 심지를 감안하면, 상기 단열 공간은 형성되는 제품의 단열 특성에 부가되어, 여전히 충분한 단열을 제공한다. 심지층이 평평한 파형 배열을 가질 수 있고, 그 결과 심지에 사용되는 종이가 덜 든다. 또한, 추가된 단열로 인해 제품은 더 얇은 종이 및/또는 단층 종이 라이너를 사용할 수 있어서, 그 결과 비용이 덜 들고 폐기물이 덜 나온다.
제 1 구현예에서, 본 발명은 골판지 또는 비골판지와 같은 단열판 제조용 접착제를 포함한다. 상기 판지는 단열 제품에 전통적으로 사용되는 셀룰로오스 종이 물질을 포함하는 임의 유형의 종이 물질로부터 제조될 수 있다. 바람직하게는, 사용되는 종이 제품은 재활용이 가능한 물질이다.
접착제 조성물은 임의의 많은 물질로부터 제조될 수 있다. 바람직하게는, 접착제 조성물은 물, 전분 성분, 가교제 성분, 알칼리 성분, 및 복수의 팽창성 마이크로스피어를 포함한다. 접착제 조성물은 추가로 하나 이상의 습윤제, 보존제, 또는 충전제를 포함할 수 있다. 접착제 조성물의 접착 및 단열 특성에 악영향을 주지 않는 다른 물질은 원하는 대로 사용될 수 있다.
접착제 조성물은 제형에서, 임의의 극성 용매, 특히 물을 포함할 수 있다. 바람직한 구현예에서, 조성물을 응결 (또는 젤라틴화) 하기 전에, 접착제 조성물은 접착제 조성물의 응결 전 조성물의 약 40 중량% 내지 약 75 중량%, 및 가장 바람직하게는 조성물의 응결 전 조성물의 약 50 중량% 내지 약 70 중량% 의 양으로 극성 용매를 포함한다.
접착제 조성물은 전분 성분을 포함한다. 전분 성분은 임의의 양으로 접착제 조성물에 존재할 수 있고, 바람직하게는 접착제 조성물의 응결 전 조성의 약 20 중량% 내지 약 40 중량%, 및 더욱 바람직하게는 접착제 조성물의 응결 전 조성물의 약 25 중량% 내지 약 35 중량% 의 양으로 존재한다. 전분 성분은 임의의 원하는 전분 물질, 특히 예를 들어, 옥수수를 포함하여 천연 원료 유래의 전분 물질을 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 전분 성분은 고급 분지형 조성물을 갖는 전분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전분 성분은 비변성 전분 또는 "펄(pearl)" 전분을 포함할 수 있다. 본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "비변성" 전분은 25 % 미만 함량의 아밀로오스를 갖는 전분 조성물을 지칭한다. 비변성 전분은 임의의 형태로 사용될 수 있고, 바람직하게는 직경이 약 20 마이크론인 분말 또는 과립 형태로 사용된다. 다른 구현예에서, 전분 성분은 담체 전분으로도 칭하는 열처리된 전분을 포함할 수 있다. 열처리된 전분은 비변성 전분 보다 점도가 더 높을 수 있다.
또 다른 구현예에서, 전분 성분은 고농도의 직쇄 물질이 있는 조성을 갖는 전분 물질을 포함할 수 있다. 상기 성분은 상품명 Optamyl
Figure 112013030908907-pct00001
(Henkel Corporation 시판) 을 포함하여 높은 아밀로오스 전분 물질을 포함할 수 있다. 본원에 사용되는 바와 같이, 고함량의 아밀로오스를 갖는 전분 ("높은 아밀로오스 전분" 으로 지칭됨) 은 50 % 이상 함량의 아밀로오스를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 높은 아밀로오스 전분은 약 25 % 내지 약 50 % 의 아밀로오스, 및 더욱 바람직하게는 약 35 % 내지 50 % 아밀로오스 농도를 가질 수 있다. 하기 설명되는 바와 같이, 일 구현예에서, 비변성 전분 물질과 조합하여 높은 아밀로오스 전분 물질을 사용하는 것이 접착제 조성물에서 마이크로스피어의 팽창에 유익할 수 있다. 높은 아밀로오스 전분 및 비변성 전분의 조합은 더 높은 수분 함량 및 더 높은 최종 응결 (또는 경화) 온도를 갖는 전분 성분을 초래한다.
구현예에서, 전분 성분이 물질들의 조합을 포함하는 경우, 전분 성분은 비변성 전분 및 하나 이상의 열처리된 전분 또는 높은 아밀로오스 전분의 혼합물을 포함한다. 바람직하게는, 전분 성분은 비변성 전분 및 높은 아밀로오스 전분의 혼합물을 포함한다. 비변성 전분 성분은 전분 성분의 약 60 중량% 내지 약 90 중량% 일 수 있다. 바람직한 구현예에서, 비변성 전분 성분 및 높은 아밀로오스 전분 성분은 약 5:1 내지 약 3:1 의 비로 존재한다.
접착제 조성물은 하나 이상의 알칼리 성분을 포함할 수 있다. 알칼리 성분은 접착제 조성물의 응결 전 조성물의 약 0.5 중량% 내지 약 1.5 중량% 의 양으로 존재할 수 있다. 알칼리 성분은 알칼리 특성을 갖는 임의의 성분을 포함할 수 있다. 특별한 구현예에서, 알칼리 성분은 수산화나트륨을 포함하나, 임의의 원하는 알칼리 성분을 원하는 대로 사용할 수 있다.
접착제 조성물은 하나 이상의 가교 성분을 포함할 수 있다. 본 발명에서 유용한 가교제는 예를 들어, 사붕산 나트륨 (붕사로도 지칭됨) 을 포함할 수 있다. 가교제는 접착제 조성물의 응결 전 조성물의 약 0.10 중량% 내지 약 0.20 중량% 의 양으로 본 발명에 존재할 수 있다.
접착제 조성물은 습윤제, 보존제, 또는 충전제를 포함하는 임의의 선택적 성분을 포함할 수 있다. 본 발명에 유용한 습윤제는 조성물의 점도 안정성을 유지하는데 조력하고, 예를 들어, 글리세롤, 글리세린, 우레아, 프로필렌 글리콜, 글리세릴 트리아세테이트, 당 및 당 폴리올, 예컨대 소르비톨, 자일리톨, 및 만니톨, 중합체 폴리올, 예컨대 폴리덱스트로스, 천연 추출물, 예컨대 킬라쟈 또는 락트산, 또는 습윤제 특성을 갖는 임의의 원하는 다른 조성물을 포함할 수 있다. 습윤제는 접착제 조성물의 응결 전 조성물의 약 0.1 중량% 내지 약 15 중량% 의 양으로 본 발명에서 유용할 수 있다. 보존제는 본 발명에서 유용할 수 있고, 1,2-벤즈이소티아졸린-3-온과 같은 보존제를 포함한다. 보존제는 접착제 조성물의 응결 전 조성물의 약 0.05 중량% 내지 약 0.20 중량% 의 양으로 사용될 수 있다. 임의의 바람직한 충전제는 당업계에 공지된 바와 같이 사용될 수 있다.
접착제 조성물은 복수의 팽창성 마이크로스피어를 포함한다. 본 발명에서 유용한 팽창성 마이크로스피어는 열 및/또는 방사선 에너지 (예를 들어, 마이크로웨이브, 적외선, 고주파, 및/또는 초음파 에너지 포함) 의 존재 하에 크기가 팽창할 수 있어야 한다. 본 발명에 유용한 마이크로스피어는 예를 들어, 탄화수소 코어 및 폴리아크릴로니트릴 쉘을 갖는 것을 포함하는 열 팽창성 중합체 마이크로스피어 (예컨대 상품명 Dualite
Figure 112013030908907-pct00002
로 시판되는 것) 및 다른 유사한 마이크로스피어 (예컨대 상품명 Expancel
Figure 112013030908907-pct00003
로 시판되는 것) 를 포함한다. 팽창성 마이크로스피어는 직경이 약 12 마이크론 내지 약 30 마이크론인 것을 포함하는 임의의 팽창되지 않은 크기를 가질 수 있다. 열의 존재 하에서, 본 발명의 팽창성 마이크로스피어는 직경이 약 3 배 내지 약 10 배로 증가할 수 있다. 즉, 팽창성 마이크로스피어의 직경은 출발 직경의 약 300 % 내지 출발 물질의 약 1,000 % 까지 팽창될 수 있고, 가장 바람직하게는, 팽창성 마이크로스피어의 직경이 출발 직경의 약 350 % 내지 약 600 % 까지 팽창될 수 있다. 접착제 조성물에서 마이크로스피어의 팽창시, 접착제 조성물은 향상된 단열 특성을 갖는 폼-유사 물질이 된다. 하기 설명되는 바와 같이, 마이크로스피어의 팽창이 부분적으로 젤라틴화된 접착제 조성물에서 일어나는 것이 바람직할 수 있다.
팽창성 마이크로스피어는 팽창이 시작하는 특별한 온도 및 최대 팽창에 도달하는 제 2 온도를 갖는다. 바람직하게는, 상기 마이크로스피어가 팽창하기 시작하는 온도 (Texp) 는 약 180℉ 내지 약 210℉ 이고, 더욱 바람직하게는 약 190℉ 내지 약 208℉ 이다. 마이크로스피어가 최대 팽창에 도달하는 온도 (Tmax) 는 바람직하게는 약 250℉ 내지 약 285℉, 및 더욱 바람직하게는 약 257℉ 내지 약 275℉ 이다. 물론, 상이한 등급의 마이크로스피어는 상이한 Texp 및 Tmax 를 갖는다. 예를 들어, 하나의 특히 유용한 마이크로스피어는 Texp 가 약 208℉ 이고 Tmax 가 약 275℉ 이며, 반면 다른 유용한 마이크로스피어는 Texp 가 약 190℉ 이고 Tmax 가 약 266℉ 이다. 임의의 특별한 등급의 마이크로스피어가 본 발명에 사용될 수 있는 동안, 공정은 마이크로스피어의 Texp 및 Tmax 를 밝히기 위해 약간 변형되어야 한다.
특별한 마이크로스피어 및 이의 각 Texp 및 Tmax 의 선택이 본 발명에 중요하지 않더라도, 가공 온도는 상기 온도들에 따라 변경될 수 있다. 대부분의 적용에 있어서, 마이크로스피어의 Tmax 가 전분 접착제 조성물의 완전한 응결 (또는 경화) 온도 이하의 온도인 것이 바람직하다. 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 접착제 조성물은 유체 전분계 접착제 조성물에서 복수의 비팽창된 마이크로스피어를 포함한다. 접착제 조성물이 완전히 응결 또는 경화되기 전에, 상기 마이크로스피어는 조성물 내에서 이동할 수 있고, 팽창할 수 있다. 그러나 일단 접착제 조성물이 응결되면, 마이크로스피어는 실질적으로 제자리에 고정되어, 팽창이 불가능은 아니더라도 곤란하게 된다. 이러한 이유로 인해, 마이크로스피어의 최대 팽창 온도 (Tmax) 는 접착제 조성물의 완전한 응결 온도 이하인 것이 유용하다.
물론, 전분계 접착제 조성물이 완전 경화 온도 미만의 온도에서 응결 또는 젤라틴화 하기 시작한다는 것을 주목할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 전분 조성물의 초기 응결 온도는 약 138℉ 내지 약 156℉ 일 수 있다. 전분 접착제가 상기 온도에서 젤라틴화를 시작하더라도, 접착제 조성물에는 고함량의 수분이 있을 수 있고 실질적인 유체이다. 전분 접착제 조성물이 완전히 응결하는 온도는 바람직하게는 팽창성 마이크로스피어의 Tmax 이상이나, 전분 접착제 조성물이 완전히 응결되는 온도는 마이크로스피어의 Texp 및 Tmax 사이에 있을 수 있다.
마이크로스피어의 최대 팽창 온도 (Tmax) 및 접착제 조성물의 최종 응결 온도는 약 20℉ 내지 약 40℉, 및 더욱 바람직하게는 약 30℉ 가 차이 나는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 차이는 팽창성 마이크로스피어가 팽창되게 하고 접착제가 적절하게 응결되게 한다. 바람직하게는, 접착제가 젤라틴화하기 시작하는 온도는 마이크로스피어의 Texp 보다 약 20℉ 내지 약 40℉, 더욱 바람직하게는 마이크로스피어의 Texp 보다 약 30℉ 낮을 수 있고, 접착제가 완전히 응결되는 온도는 마이크로스피어의 Tmax 보다 약 20℉ 내지 약 40℉, 바람직하게는 마이크로스피어의 Tmax 보다 약 30℉ 높을 수 있다.
제조 생성물의 특히 바람직한 구현예에서, 접착제 조성물은 제품의 표면(들) 에 적용되고 접착제의 젤라틴화가 시작하기에 충분한 열에 적용된다. 접착제의 젤라틴화의 시작은 접착제 및 마이크로스피어를 제자리에 고정시키는 것을 조력할 수 있지만, 마이크로스피어가 자유롭게 팽창하도록 한다. 그리고 나서 열을 가해 마이크로스피어를 팽창시키기에 충분한 온도로 증가시킬 수 있다. 최종적으로, 열을 가해 접착제 조성물을 완전히 응결시키기에 충분한 온도로 다시 증가시킬 수 있다. 오븐에 넣거나 가열된 롤러를 사용하는 것을 포함하는 임의의 원하는 방법으로 열이 적용될 수 있다. 여러 단계 (초기 젤라틴화, 마이크로스피어의 팽창, 및 접착제의 완전한 응결) 가 직접적인 열 대신에 또는 그에 더해 방사선 에너지에 의해 달성될 수 있음을 주목해야 한다. 즉, 예를 들어, 여러 단계는 예를 들어 마이크로웨이브 또는 고주파 방사선을 사용함으로써 달성될 수 있다. 또한, 공정은 열 적용 및 방사선 적용의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 접착제 조성물의 초기 젤라티화는 직접적인 열을 통해 달성될 수 있는 반면, 마이크로스피어의 팽창은 방사선 에너지의 적용을 통해 달성될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 접착제 조성물의 전분 성분은 비변성 전분 및 높은 아밀로오스 전분의 조합을 포함한다. 상기 전분의 조합은 수분 함량이 더 많은 조성물을 초래하므로, 최종 응결 온도가 더 높아진다. 접착제의 초기 젤화 온도가 거의 동일하더라도, 최종 응결 온도는 비변성 전분 단독 보다 높을 수 있다. 본 발명자는 접착제 조성물의 응결 온도를 증가시킴으로써, 마이크로스피어를 확장시키는 온도에서 온도의 더 넓은 윈도우가 제공될 수 있음을 밝혀내었다. 다른 첨가제를 조성물에 첨가하여 접착제의 응결 온도를 원하는 대로 증가시킬 수 있다.
접착제 조성물은 복수의 비팽창된, 팽창성 마이크로스피어를 포함한다. 조성물에 사용되는 특별한 팽창성 마이크로스피어에 따라, 조성물에서 마이크로스피어의 원하는 양은 변경될 수 있다. 본 발명자들은 접착제 조성물이 너무 고농도의 팽창성 마이크로스피어를 포함하는 경우, 마이크로스피어의 팽창시 접착력이 불충분해질 것이라는 것을 발견하였다. 그러나, 팽창성 마이크로스피어의 농도가 너무 낮으면, 생성된 접착제의 팽창이 불충분해지므로 단열이 불충분해진다. 따라서, 조성물에서 팽창성 마이크로스피어의 최적의 농도를 결정할 때, 로딩 수준 및 팽창비, 뿐만 아니라 팽창비 및 로딩 수준에서의 온도의 검토가 고려되어야 한다. 마이크로스피어의 팽창비가 낮은 경우, 접착제 조성물에서의 농도가 더 높아질 수 있고, 반대로, 마이크로스피어의 팽창비가 더 높은 경우, 접착제 조성물에서의 농도가 더 낮아질 수 있다.
바람직한 구현예에서, 팽창성 마이크로스피어가 접착제 조성물에서 접착제 조성물의 응결 전 조성물의 약 0.5 중량% 내지 약 5.0 중량%, 더욱 바람직하게는 접착제 조성물의 응결 전 조성물의 약 1.0 중량% 내지 약 2.0 중량%, 및 가장 바람직하게는 접착제 조성물의 응결 전 조성물의 약 1.2 중량% 의 양으로 존재하는 것이 바람직하다. 직경 팽창비가 Tmax 에서 약 370 % 인 팽창성 마이크로스피어를 포함하는 구현예에 있어서, 마이크로스피어는 접착제 조성물의 응결 전 조성물의 약 1.5 중량% 내지 약 2.0 중량% 의 양으로 존재할 수 있다. 직경 팽창비가 Tmax 에서 약 470 % 인 팽창성 마이크로스피어를 포함하는 구현예의 경우, 마이크로스피어는 접착제 조성물의 응결 전 조성물의 약 1.0 중량% 내지 약 1.5 중량% 의 양으로 존재할 수 있다. 가열 능력이 더 낮은 시스템에서, 고농도, 예컨대 접착제 조성물의 응결 전 조성물의 4 중량% 까지의 팽창성 마이크로스피어를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 팽창성 마이크로스피어의 팽창비 및 마이크로스피어의 로딩 수준은 서로 연관된다. 도 1 에 나타낸 바와 같이, 출원인은 여러 상이한 등급의 팽창성 마이크로스피어를 시험하여 "위험 구역" (접착력의 손실) 및 "안전 구역" (양호한 접착력) 범위에 속하는 여러 접착제 조성물 중의 마이크로스피어의 농도를 증명하였다. 바람직하게는, 접착제 조성물 중의 마이크로스피어의 농도는 상기 두 가지 구역 사이에 속한다. 이는 생성되는 폼-유사 접착제의 접착력을 이용하여 팽창 및 단열의 균형을 맞춘다.
본 발명은 향상된 단열 특성을 갖는 접착제 조성물의 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은 우선 전분 성분, 알칼리 성분, 가교제, 극성 용매, 및 임의의 습윤제, 보존제, 또는 충전제를 조합하여 전분 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다. 일단 전분 혼합물이 형성되면, 부분적으로 젤라틴화 되어 젤라틴화된 전분 혼합물을 형성한 후, 복수의 팽창성 마이크로스피어를 젤라틴화된 전분 혼합물에 첨가할 수 있다. 원한다면, 복수의 팽창성 마이크로스피어를 젤라틴화가 시작하기 전에 전분 혼합물에 첨가할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 전분 성분은 비변성 전분 및 높은 아밀로오스 전분의 조합을 포함할 수 있다. 상기 구현예에서, 높은 아밀로오스 전분 성분, 알칼리 성분, 가교제, 극성 용매, 및 임의의 습윤제, 보존제 및 충전제를 조합하여, 상기 혼합물을 젤라틴화 한 다음, 별도로 비변성 전분 성분을 첨가하는 것이 바람직할 수 있다. 일단 상기 혼합물이 달성되면, 복수의 팽창성 마이크로스피어가 첨가될 수 있다.
다른 구현예에서, 본 발명은 향상된 단열 특성을 갖는 접착제 조성물을 제공하기 위한 키트를 제공한다. 이 구현예에서, 키트는 바람직하게는 별도의 용기로 저장되는제 1 부품 및 제 2 부품인 두 개의 부품을 포함한다. 제 1 부품은 전분 성분, 알칼리 성분, 가교제, 극성 용매, 및 임의의 습윤제, 보존제, 또는 충전제를 포함하여 전분 접착제 성분을 포함한다. 제 1 부품은 원한다면 부분적으로 젤라틴화되어 제 1 부품에 증가된 점도를 제공할 수 있다. 제 2 성분은 복수의 팽창성 마이크로스피어를 포함한다. 제 2 부품은 마이크로스피어를 임의의 형태, 예컨대 건조 분말, 슬러리 또는 임의이 원하는 형태로 포함할 수 있다. 키트는 추가로, 향상된 단열 특성을 갖는 접착제 조성물을 형성하기 위해 두 개의 부품을 함께 조합하기 위한 수단, 예컨대 제 1 및 제 2 부품 각각이 공급될 수 있는 별도 용기를 포함할 수 있다. 원한다면, 키트는 추가로 접착제 조성물의 제조에 대한 사용설명서를 포함한다.
본 발명은 또한 단열 골판지에 관한 것이다. 임의의 공지된 골판지 형성 공정이 사용될 수 있고, 도 1a 는 골판지를 형성하는데 유용한 어셈블리의 일 구현예를 나타낸다. 바람직하게는, 판지는 전통적인 단열 골판지와 비교했을 때 두께가 감소된 종이로 제조된다. 임의 유형의 종이가 본 발명에서 사용될 수 있고, 예를 들어, 종이의 두께는 약 0.0036 인치 내지 약 0.0052 인치일 수 있다. 또한, 단열 제품에 전통적으로 사용되는 것 보다 더 가벼운 종이를 사용하는 것이 바람직하다. 전통적인 단열 제품은 일반적으로 여러 종이 요소를 위해 "33#" 종이를 사용한다. "23#" 종이보다 가벼운 종이를 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 골판지의 여러 요소를 위해 "18#" 종이를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 여러 요소 (라이너(들) 및 심지 포함) 은 바람직하게는 18# 종이 (두께가 0.0036 인치이고 밀도가 약 67.72 g/m2 임) 로서 공지된 종이를 포함한다.
단열 골판지는 편면 또는 양면일 수 있다. 편면 골판지는 단일 종이 라이너 (이는 제 1 면 및 제 2 면을 갖는 실질적으로 평평한 종이 라이너임), 및 심지 (이는 제 1 면 및 제 2 면을 갖고, 각 면에 복수의 플루트를 갖는 사인곡선 파형 배열로 형성된 종이 라이너임) 을 포함한다. 이러한 구현예에서, 종이 라이너의 제 1 면은 심지의 제 1 면 상의 플루트의 첨단에 고정된다. 양면 골판지는 추가로 제 2 종이 라이너 (이는 제 1 면 및 제 2 면을 갖는 실질적으로 평평한 종이 라이너임) 를 포함하고, 여기서 제 2 종이 라이너의 제 1 면은 심지의 제 2 면 상의 플루트의 첨단에 고정된다. 판지의 하기 설명 및 판지의 제조방법이 일반적으로 편면 판지에 관련되더라고, 본 발명은 더 나아가 제 1 라이너의 가공시 또는 제 1 라이너가 부착된 후 제 2 라이너를 포함함으로써 달성될 수 있는 양면판에 관한 것임은 당연하다.
본 발명의 독창적인 골판지는 상술된 본 발명의 접착제를 포함한다. 전분 성분, 알칼리 성분, 가교제, 극성 용매, 복수의 팽창성 마이크로스피어, 및 임의의 습윤제, 보존제, 또는 충전제를 포함하는 본 발명의 접착제는 심지의 플루트 첨단에 적용된다. 높은 아밀로오스 전분 성분 및 비변성 전분 성분을 포함하는 본 발명의 일 구현예에서, 높은 아밀로오스 전분 성분, 알칼리 성분, 가교제, 및 물을 조합하여 전분 혼합물을 형성한 다음, 높은 아밀로오스 전분 혼합물에 열처리를 하여 열처리된 전분 혼합물을 형성한다. 이어서, 비변성 전분 성분을 열처리된 전분 혼합물에 첨가할 수 있고, 복수의 팽창성 마이크로스피어를 열처리된 전분 혼합물에 첨가한다. 대안적으로는, 접착제 성분은 간단히 함께 첨가될 수 있다.
편면 골판지를 원하는 경우, 접착제 조성물이 심지의 오로지 한쪽 면의 플루트의 첨단에 적용되고, 하나의 종이 라이너의 제 1 면이 그 위에 적용된다. 원한다면, 접착제 조성물은 부분적으로 젤라틴화된다. 팽창성 마이크로스피어가 팽창된 다음 접착제 조성물이 제자리에서 응결된다. 따라서 생성된 골판지가 접착 지점에 종이 라이너의 표면 및 심지의 플루트의 첨단 사이의 단열 공간을 갖는다. 골판지는 바람직하게는 약 0.01 인치의 양으로 접착 지점에 종이 라이너 및 플루트의 첨단 사이의 단열 공간을 갖는다. 물론, 플루트 첨단 및 라이너 사이의 거리의 특정 증가는 중요하지 않고, 작은 거리 증가는 상당량의 추가 단열을 발생시킬 수 있음은 당연하다. 바람직한 구현예에서, 본 발명에서 플루트 첨단 및 이형 라이너 사이의 공간은 팽창된 물질 없는 플루트 첨단 및 라이너 사이의 거리보다 길 수 있다. 동시에, 플루트 첨단 및 라이너 사이의 바람직한 증가된 거리는 둘 사이의 접착 강도에 유해될 정도로 길지 않아야 한다.
양면 골판지를 원하는 경우, 접착제 조성물이 심지 제 2 면의 플루트 첨단에 적용되고, 제 2 종이 라이너가 그 위에 적용된다. 유사하게, 접착제가 부분적으로 젤라틴화되고, 팽창성 마이크로스피어가 팽창된 다음 접착제 조성물이 제자리에서 응결된다. 따라서 생성된 골판지는 종이 라이너의 표면 및 심지 플루트의 첨단 사이의 단열 공간을 갖는다. 상기 골판지는 바람직하게는 접착 지점에 종이 라이너 및 플루트의 첨단 사이의 단열 공간을, 전통적으로 통상적인 접착제를 사용하여 생긴 공간보다 더 넓은 양으로 갖는다. 일 구현예에서, 팽창된 마이크로스피어에 의해 발생된 둘 사이의 증가된 공간은 약 0.001 인치이다.
본 발명은 편면 또는 양면 골판지에 한정되지 않고, 여러 적용에서 사용될 수 있다. 본 발명이 유용한 다른 적용은 점도가 높은 양면 코루게이터 제형, 점도가 낮은 코터 적용 등을 포함한다.
심지층이 전통적인 골판지에 비해 감소된 진폭을 갖는 것이 특히 바람직하다. 본 발명의 사용을 통해, 접촉 지점에 플루트의 첨단 및 라이너의 표면 사이의 단열 공간이 생기고, 이는 추가 단열을 제공한다. 상기 추가된 단열은 심지의 제 2 면 상의 플루트 및 종이 라이너 사이의 동일한 공기층에 대한 필요를 감소시킨다. 바람직한 구현예에서, 심지의 진폭이 인접한 플루트의 첨단으로부터 측정되어 약 0.04 인치인 반면, 전통적인 심지는 0.063 내지 약 0.134 의 플루트 파장을 갖는다. 따라서, 일 구현예에서, 본 발명은 파장이 감소된 심지를 갖는 골판지를 제공하고, 상기 감소된 파장은 전통적인 골판지보다 약 0.02 내지 약 0.09 인치 미만이다.
본 접착제 조성물의 사용을 통해서 그리고, 심지의 진폭 감소가 골판지에 사용되는 종이의 전체 양을 전통적인 골판지에 비해 약 20% 감소시킨다는 것을 밝혀내었다. 또한, 추가되는 단열에 의해 단열 제품이 얇은 종이 라이너 및 심지를 이용하여 형성되게 하고, 또한 비용 및 폐기물을 감소시킨다.
본 발명은 추가로 향상된 단열 특성을 갖는 골판지의 형성 방법을 제공한다. 상술된 바와 같이, 본 발명자들은 접착제 조성물이 사용된 전분계 접착제의 응결 온도 및 팽창성 마이크로스피어의 팽창 온도 사이의 균형을 이루어야 한다는 것을 밝혀내었다. 본 방법에 있어서, 제 1 및 제 2 면을 갖는 제 1 실질적으로 평평한 종이 라이너가 제공된다. 제 1 종이 라이너는 두께가 약 0.0036 인치의 두께 내지 약 0.0052 인치의 두께이고, 이는 두께가 전통적으로 약 0.0062 인치인 골판지에 사용되는 전통적인 종이 라이너보다 얇다. 제 1 및 제 2 면을 갖는 제 2 종이 라이너가 제공되고, 이는 각 제 1 및 제 2 면 상의 일련의 플루트를 포함하는 사인곡선 파형을 갖는 심지에 형성된다. 심지는 바람직하게는 진폭이 인접한 플루트의 첨단에서부터 측정되어 약 0.04 인치이고, 파장은 약 0.13 인치이다.
접착제 조성물을 제조한다. 접착제 조성물은 골판지 형성 직전에 제조될 수 있거나 미리 제조한 다음 필요할 때까지 보관할 수 있다. 접착제 조성물은 전분 성분, 알칼리 성분, 가교제, 극성 용매, 및 임의의 습윤제, 보존제, 충전제를 조합하여 전분 혼합물을 형성하고, 부분적으로 전분 혼합물을 젤라틴화하여 젤라틴화된 혼합물을 형성함으로써 제조된다. 복수의 팽창성 마이크로스피어는 젤라티환된 혼합물에 첨가되어 접착제 조성물을 형성한다. 원한다면, 팽창성 마이크로스피어는 혼합물을 부분적으로 젤라틴화하기 전에 전분 혼합물에 첨가될 수 있다.
상기 설명된 바와 같이, 접착제 조성물의 전분 성분은 비변성 전분, 열처리된 전분, 높은 아밀로오스 전분, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 접착제 조성물의 여러 성분은 상술된 양으로 접착제 조성물에 존재할 수 있다. 바람직한 구현예에서, 전분 성분은 비변성 전분 및 높은 아밀로오스 전분의 혼합물을 포함한다. 상술된 이유 때문에 마이크로스피어의 최대 팽창 온도는 접착제 조성물의 최종 응결 온도 미만의 온도인 것이 특히 바람직하다. 그러나, 접착제 조성물이 젤화 또는 응결되기 시작하는 온도는 팽창성 마이크로스피어의 팽창 온도보다 아래일 수 있다. 원한다면, 첨가제 또는 다른 성분이 접착제 조성물에 첨가되어 이의 응결 온도를 상승시킬 수 있다. 접착제의 완전한 응결 온도는 적어도 팽창성 마이크로스피어의 Tmax 만큼 높은 것이 바람직하고, 접착제의 완전한 응결 온도가 적어도 팽창성 마이크로스피어의 Tmax 보다 30℉ 이상 높은 것이 특히 바람직하다.
골판지의 형성 방법에 있어서, 소정량의 접착제 조성물을 심지 제 1 면의 플루트의 첨단에 적용한다. 바람직하게는, 접착제 조성물을 층 두께가 약 0.05 내지 약 0.07 인치가 되는 비교적 얇은 층으로 적용한다. 접착제 조성물을 열 및/또는 압력의 존재 하에 적용할 수 있다. 일 구현예에서, 접착제 조성물을 약 30 bar 의 압력하에 적용할 수 있고 심지를 약 300℉ 의 온도에 가열한다.
접착제 조성물을 심지 제 1 면의 플루트 첨단에 적용한 후, 플루트의 첨단을 제 1 종이 라이너의 제 1 면과 접촉시킨다. 심지 및 종이 라이너가 효과적으로 접착하도록 약간의 압력 하에 접촉시키는 것이 바람직하지만, 초과 압력은 피해야 한다 (접촉 지점으로부터 접착제가 삐쳐 나가는 것을 막기 위해서). 이 지점에서, 종이 라이너 및 심지가 접착제를 통해 서로 고정되지만 접착제는 응결되지 않은 비경화된 골이 진 제품이 형성된다. 원한다면, 접착제가 젤라틴화를 시작하기에 충분하지만 복수의 팽창성 마이크로스피어가 팽창하기에는 불충분한 열 및/또는 방사선 에너지에 비경화된 골이 진 제품을 노출시킬 수 있다. 접착제의 젤라틴화는 최종 경화가 확고히 될 때까지 제자리에서 제품의 여러 성분을 고정시키는데 유용하다.
그리고 나서 비경화된 골이 진 제품을 열 (오븐에서 또는 가열된 롤러와 접촉시킴) 및/또는 방사선 에너지 (예를 들어, 마이크로웨이브, 적외선, 고주파, 또는 초음파 에너지 포함) 에 노출시켜 복수의 마이크로스피어를 팽창시킨다. 일 구현예에서, 비경화된 골이 진 제품을 하나의 플루트의 첨단 상에 적어도 다수의 마이크로스피어를 팽창시키기에 충분하지만 접착제 조성물을 완전히 고정시키기에 불충분한 온도에서 열에 노출시킨다. 다른 구현예에서, 비경화된 골이 진 제품은 적어도 다수의 팽창성 마이크로스피어를 팽창시키기에 충분하지만 접착제 조성물을 완전히 고정시키지 않는 에너지 수준의 마이크로웨이브 또는 적외선 에너지에 노출시킨다. 생성된 제품은 팽창된 마이크로스피어를 갖는 비경화된 골이 진 제품이다.
이해할 수 있듯이, 과정 중 상기 지점에서, 임의의 소정의 플루트 첨단에서의 마이크로스피어는 팽창하여 폼-유사 접착제 조성물을 형성하고, 플루트 첨단 및 종이 라이너 사이의 간격을 증가시킨다. 따라서, 제조 과정 동안, 접착제 조성물이 확장되어 제 1 종이 라이너 및 심지를 분리시키는 것이 중요하다. 즉, 제 1 종이 라이너 및 심지를 고정시키는 임의의 압력이 너무 커서 접착제의 팽창을 억제하지 않고, 종이 라이너 및 심지를 분리시켜야 한다. 압력이 너무 크면, 접착제는 옆으로, 즉 심지 및 종이 라이너 사이의 공기층으로 확장될 수 있다. 또한, 제품에 적용되고 마이크로스피어를 팽창시킬 수 있는 임의의 열 및/또는 방사선 에너지는 접착제 조성물을 완전히 응결시킬 만큼 높지 않아야 한다. 팽창된 접착제 조성물이 라이너와의 접촉 지점에서의 플루트 첨단 각각에 위치되어, 접촉 부위에서 제 1 종이 라이너 및 심지 사이의 단열 공간을 제공하는 것이 바람직하다.
마이크로스피어의 팽창 후, 팽창된 마이크로스피어를 갖는 비경화된 골이 진 제품을, 접착제 조성물을 완전히 응결 또는 경화시키기에 충분한 열 및/또는 방사선 에너지 (마이크로웨이브 또는 적외선 에너지 포함) 에 노출시킨다. 그 결과 향상된 단열 특성을 갖는 골판지가 생성된다.
상술된 방법은 편면 골판지를 제공한다. 그러나, 상기 방법은 추가로 양면 골판지를 제공하기 위해 사용된다. 상기 단계 이외에, 실질적으로 평평한 제 2 종이 라이너가 제공될 수 있다. 제 1 라이너가 심지의 제 1 면에 적용되는 동시에 제 2 라이너가 심지의 제 2 면에 적용될 수 있고, 또는 제 1 라이너가 심지에 부착된 후 제 2 라이너가 심지의 제 2 면에 적용될 수 있다. 제 1 라이너가 심지에 완전히 접착된 후, 제 2 라이너가 심지의 제 2 면에 적용되는 것이 바람직할 수 있다. 상술된 바와 같은 가공 및 응결 단계를 제 2 라이너를 사용하여 반복하여 양면 골판지를 제공한다.
몇몇 구현예에서, 플루트 및 라이너 사이의 플루트 첨단쪽을 따라 팽창된 접착제 물질 (또는 "필렛" 으로도 지칭됨) 을 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 팽창성 마이크로스피어 없이 접착된 골판지의 근접 촬영된 단면도인 도 2 에서 볼 수 있는 바와 같이, 플루트 첨단쪽에 작은 물질이 있다. 그러나, 도 3-4 는 팽창성 마이크로스피어를 갖는 접착된 골판지의 근접 촬영된 단면도이고, 이는 플루트 쪽에 팽창된 접착제 조성물의 존재를 나타낸다. 이러한 숄더는 심지 및 라이너 사이의 결합의 강도에 도움을 줄 수 있어서, 바람직하게 생성될 수 있다. 그러나, 물론 플루트 쪽에 따른 숄더의 형성이 필요치 않거나 몇몇 구현예에서, 바람직하지 않을 수 있다.
대안적인 구현예에서, 심지가 없는 단열 종이 제품 및 심지가 없는 단열 종이 제품의 형성 방법이 제공된다. 당업자에게 인식될 수 있는 바와 같이, 통상적인 단열 골판지는 심지 및 종이 라이너(들) 사이의 공기층을 제공하기 위한 사인곡선 파형 배열을 갖는 심지를 필요로 한다. 에어 포켓은 필요한 단열을 제공한다. 심지층이 편면 도안의 골이 진 제품의 종이의 절반 초과를 차지하기 때문에, 심지층을 생략하는 것이 특히 바람직할 수 있다. 심지를 제거함으로써 통상적으로 필요한 종이의 절반 미만을 사용한 제품이 생성되고, 이는 제품과 연관된 비용을 유의하게 감소시키고 또한 생성된 폐기물을 절반 넘게 감소시킨다. 그러나, 지금까지는, 심지층 없이 필요한 단열을 갖는 제품을 달성하는 것이 어려웠다.
본 발명은 심지층을 포함하지 않는 단열 제품을 제공한다. 본 발명의 접착제 조성물이 단열 제품에 요구되는 필요한 단열을 제공할 수 있는 것을 발견하였다. 상기 구현예에서, 제 1 면 및 제 2 면을 갖는 실질적으로 평평한 종이 라이너를 포함하는 단열 시트가 제공된다. 종이 라이너의 제 1 면은 이에 고정된 접착제 조성물 중의 복수의 팽창성 마이크로스피어를 포함하고, 복수의 팽창성 마이크로스피어는 팽창되고 접착제 조성물은 응결 또는 경화된다. 따라서, 제품은 제 1 면 상에 접착된 폼-유사 조성물을 갖는 종이 라이너를 포함한다. 팽창성 마이크로스피어는 상술된 것을 포함하고, 접착제 조성물은 전분 성분, 알칼리 성분, 가교제, 극성 용매, 및 임의의 습윤제, 보존제, 또는 충전제를 포함하는 상술된 성분을 포함한다. 상기 설명된 바와 같이, 접착제 조성물의 전분 성분은 비변성 전분, 열처리된 전분, 높은 아밀로오스 전분, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
단열 제품의 접착제 조성물은 종이 라이너의 제 1 표면에 일련의 점, 줄무늬, 물결무늬, 격자 패턴, 실질적으로 평평한 바닥을 갖는 임의의 일반적인 다면체 형태 및 이들의 조합을 포함하는 임의의 바람직한 배열로 적용될 수 있다. 또한, 접착제 조성물은 일련의 원기둥으로 제 1 표면에 적용될 수 있다. 또한, 원한다면, 접착제 조성물은 전체 제 1 표면을 덮거나 제 1 표면의 일부를 덮는 접착제의 실질적으로 평평한 시트로서 제 1 표면에 적용될 수 있다. 임의로는, 제 2 종이 라이너는 접착제 조성물의 상부 표면에 적용되어 하기 샌드위치 배열을 형성할 수 있다: 제 1 종이 라이너 - 팽창된 마이크로스피어를 갖는 접착제 - 제 2 종이 라이너.
단열 시트의 형성 방법을 또한 제공한다. 상기 방법에서, 우선 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 실질적으로 평평한 종이 라이너를 제공한다. 접착제 조성물을 제조한다. 접착제 조성물은 단열 시트 형성 직전 제조될 수 있고, 또는 미리 제조되어 필요할 때까지 보관될 수 있다. 접착제 조성물은 전분 성분, 알칼리 성분, 가교제, 극성 용매, 및 임의의 습윤제, 보존제, 충전제를 포함하는 상술된 물질을 조합하여 전분 혼합물을 형성하고, 전분 혼합물을 젤라틴화하여 젤라틴화된 혼합물을 형성함으로써 제조된다. 전분 성분이 비변성 전분 및 높은 아밀로오스 전분 성분의 조합을 포함하는 구현예에서, 비변성 전분 성분을 첨가하기 전에 높은 아밀로오스 전분 성분, 알칼리 성분, 가교제, 극성 용매, 및 임의의 습윤제, 보존제 및 충전제를 부분 젤라틴화시키는 것이 바람직할 수 있다. 복수의 팽창성 마이크로스피어는 부분 젤라티환된 혼합물에 첨가되어 접착제 조성물을 형성한다. 원한다면, 팽창성 마이크로스피어는 혼합물을 부분적으로 젤라틴화하기 전에 전분 혼합물에 첨가될 수 있다.
상술된 바와 같이, 접착제 조성물의 전분 성분은 비변성 전분, 열처리된 전분, 높은 아밀로오스 전분, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 전분 성분은 바람직하게는 상술된 바와 같은 비변성 전분 및 높은 아밀로오스 전분의 혼합물을 포함한다. 접착제 조성물의 여러 성분은 상술된 양으로 접착제 조성물에 존재할 수 있다. 마이크로스피어의 최대 팽창 온도 (Tmax) 가 접착제 조성물의 완전한 응결 온도 이하의 온도인 것이 특히 바람직하다. 원한다면, 첨가제 또는 다른 성분이 접착제 조성물에 첨가되어 그의 응결 온도를 상승시킬 수 있다. 접착제의 완전한 응결 온도는 적어도 팽창성 마이크로스피어의 Tmax 만큼 높은 것이 바람직하고, 접착제의 완전한 응결 온도가 팽창성 마이크로스피어의 Tmax 보다 30℉ 이상 높은 것이 특히 바람직하다.
단열 시트의 형성 방법에 있어서, 소정량의 접착제 조성물을 종이 라이너의 제 1 표면에 적용한다. 접착제 조성물은 예를 들어, 일련의 점, 줄무늬, 물결무늬, 격자 패턴, 일련의 다면체, 및 이들의 조합을 포함하여 임의의 원하는 배열로 적용될 수 있다. 또한, 접착제 조성물은 일련의 원기둥으로 제 1 표면에 적용될 수 있다. 또한, 원한다면, 접착제 조성물이 접착제의 실질적인 평평한 시트로서 제 1 면에 적용되어 종이 라이너의 제 1 면 전체 또는 일부를 덮을 수 있다. 접착제 조성물은 임의의 원하는 두께로 적용될 수 있고, 바람직하게는 약 0.04 인치의 두께로 적용된다. 조성물이 원기둥 형태로 적용되는 구현예에서, 각 원기둥의 높이는 각 원기둥의 직경과 거의 동일한 것이 바람직할 수 있다. 원기둥은 임의의 배열로 제 1 표면에 적용될 수 있고, 바람직하게는 각 원기둥은 각 다른 원기둥으로부터 실질적으로 동일한 거리 간격을 둔다. 인접한 원기둥 간의 간격은 원기둥 높이의 약 2 배가 특히 바람직하다. 접착제 조성물은 원한다면 열의 존재 하에 적용될 수 있다; 그러나, 적용시 열은 접착제 조성물을 완전히 응결시킬 만큼 높지 않은 것이 중요하다.
접착제 조성물이 종이 라이너의 제 1 면에 적용된 후, 습윤 접착제를 갖는 종이 라이너가 열 및/또는 방사선 에너지에 노출되어 접착제 조성물의 응결이 시작할 수 있다. 따라서 접착제 조성물은 복수의 마이크로스피어를 포함하는 성분을 제자리에서 고정시켜 종이 라이너의 표면에 부착시킨다. 접착제 조성물을 일부분만 응결시켜 성분들을 고정시키고 이들을 종이 라이너의 표면에 점착이 유지되게 하지만 완전히 응결되지 않는 조성물을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 접착제 조성물 오로지 일부만 응결시킴으로써 (즉, 접착제 내의 더 많은 수분의 양, 예컨대 10 % 이상의 수분 함량을 남김으로써) 팽창성 마이크로스피어가 팽창되게 한다.
접착제의 응결 후, 종이 라이너를 복수의 마이크로스피어가 팽창하는데 충분한 열 및/또는 방사선 에너지에 노출시킨다. 일 구현예에서, 습윤 접착제가 있는 종이 라이너를 적어도 다수의 마이크로스피어가 팽창하는데 충분한 온도에서 가열되도록 노출시킨다. 다른 구현예에서, 습윤 접착제가 있는 종이 라이너를 적어도 다수의 팽창성 마이크로스피어가 팽창하는데 충분한 마이크로웨이브 또는 적외선 에너지에 노출시킨다. 생성된 제품은 팽창된 마이크로스피어가 있는 접착제를 갖는 종이 라이너이다. 그리고 나서 접착제 조성물을 접착제 조성물이 완전히 응결되는데 충분한 열 및/또는 방사선 에너지에 노출시킨다.
원한다면, 종이 라이너의 제 1 면에 접착제 조성물을 적용한 후, 제 1 면 및 제 2 면을 갖는 제 2 종이 라이너가 제공될 수 있고, 제 2 종이 라이너의 제 1 면이 적용된 접착제 조성물의 표면에 적용되어 샌드위치 배열을 형성한다. 이후, 마이크로스피어의 팽창 및 접착제의 응결은 상술된 바와 같이 일어날 수 있다.
본 발명은 하기 실시예의 분석을 통해 더 잘 이해될 수 있고, 하기 실시예는 비제한적이며 본 발명을 단지 설명하기 위한 것일 뿐이다.
실시예
실시예 1 - 향상된 단열 특성을 갖는 접착제의 형성
하기 조성을 갖는 접착제 조성물을 제조하였다:
Figure 112013030908907-pct00004
1 사붕산 나트륨
2 수산화나트륨, 50% FCC, Rayon
3 글리세롤, 글리세린, USP 99.7%
4 Proxel GXL; 1,2-벤조이소티아졸린-3-온
5 Expancel
Figure 112013030908907-pct00005
마이크로스피어
물 (1) 을 가교제와 혼합하고, 열처리된 전분을 첨가하였다. 혼합물을 욕조에 넣고 140℉ 에서 가열하였다. 알칼리제를 혼합물에 첨가하고, 2 분 동안 혼합하여 젤을 형성하였다. 그리고 나서 혼합물을 욕조에서 빼내고, 물 (2) 을 첨가하였다. 혼합물을 5-10 분 동안 고속으로 혼합하였다. 상기 혼합 과정 동안, 물 (3), 습윤제 및 비변성 전분의 별도 혼합물을 고루 잘 섞일 때까지 혼합하였다. 상기 2 종의 혼합물을 조합하고 고루 잘 섞일 때까지 혼합하였다. 그리고 나서 보존제를 첨가하고 생성된 혼합물을 10 분 동안 혼합하였다. 그리고 나서 팽창성 마이크로스피어를 첨가하고 혼합물을 10 분 동안 혼합하였다.
실시예 2 - 향상된 단열 특성을 갖는 접착제의 형성
하기 조성을 갖는 접착제 조성물을 제조하였다:
Figure 112013030908907-pct00006
1 사붕산 나트륨
2 글리세린 또는 우레아
물 (1) 을 제 1 혼합기에 넣고 110℉ 로 가열하였다. 상기 가열된 물에 높은 아밀로오스 전분, 가성 소다 비이드 및 제 1 가교제를 첨가하였다. 제 2 혼합기에서, 물 (2) 을 넣고 98℉ 로 가열하였다. 제 2 가교제 A, 비변성 전분, 제 2 가교제 B 및 습윤제를 첨가하고 혼합하였다. 2 종의 혼합기를 조합하고 혼합하였다. 팽창성 마이크로스피어를 생성된 혼합물에 첨가하였다.
실시예 3 - 여러 접착제의 비교
하기와 같은 4 종의 접착제 조성물 (C1, C2, C3, 및 I) 을 제조하였다 : 조성물 C1 은 팽창성 마이크로스피어 없이 비변성된 옥수수 전분계 접착제 조성물 (Stein-Hall 접착제) 을 포함함; 조성물 C2 는 Dualite 130W 마이크로스피어와 함께 비변성된 옥수수 전분계 접착제 조성물 (Stein-Hall 접착제) 을 포함함; 조성물 C3 은 비변성된 옥수수 전분 및 높은 아밀로오스 옥수수 전분의 배합물로 제조된 전분계 접착제 조성물을 포함함; 조성물 I 는 Dualite 130W 마이크로스피어와 함께 비변성된 옥수수 전분 및 높은 아밀로오스 옥수수 전분의 배합물로 제조된 전분계 접착제 조성물을 포함함. 라이너 및 심지용 18#, 23#, 및 33# 종이의 상이한 조합을 갖는 골이 형성된 롤의 형성에 접착제를 사용하였고, 건조 후 평가하였다. 결과를 하기에 요약하였다.
Figure 112013030908907-pct00007
* 도 2 에 나타낸 종이의 단면
** 도 3 에 나타낸 종이의 단면
*** 도 4 에 나타낸 종이의 단면
완전 분열 (FT) 은 접착제의 박리 강도가 충분한 강도를 갖는 것을 나타내고, 그러한 박리 강도는 측정될 수 없다. 생성된 데이터를 보듯이, 여러 가지가 관찰되었다. 우선, 본 발명의 접착제 조성물은 대조 접착제 및 마이크로스피어를 갖는 대조 접착제 보다 박리 강도가 더 양호하였음을 확인하였다. 또한, 조성물 I (본 발명) 을 사용하는 각 시험에 가시적인 필렛 및/또는 가시적인 팽창이 있음을 확인하였고, 따라서 본 발명의 조성물이 마이크로스피어가 없는 것보다 더 양호한 필렛 (숄더) 를 형성하는 결론을 내릴 수 있다. 대조 조성물 C3 에서 볼 수 있듯이, 예를 들어, 마이크로스피어 없이 높은 아밀로오스 접착제를 사용하는 조성물의 사용은 특히 저중량 종이에 대한 바람직하지 않은 모서리 교차 방향 뒤틀림을 유도할 수 있다. 추가적으로, 본 발명의 접착제 조성물은 임의의 뒤틀림 없이 얇은 라이너-심지에 유용할 수 있고, 높은 골형성 속도가 사용될 수 있다. 심지 및 라이너 사이 및 또한 필렛 숄더에서의 마이크로스피어의 팽창으로 인해, 물품의 내열성이 증가될 수 있고 물품의 강성도 및 강도 때문에 심지-라이너 배열이 유지된다.
보이는 바와 같이, 조성물 I 은 각 등급의 종이에 사용될 때 매우 성공적이었고, 특히 최저 등급의 종이 라이너 및 심지에 사용했을 때 성공적이었다 (시험 12). 상기 시험을 통해 이은 부분에서 잘 수행되는 것을 확인하였고, 평평한 시트를 제공하였다.

Claims (20)

  1. 하기를 포함하는 향상된 단열 특성을 갖는 접착제 조성물:
    a. 20 내지 40 중량% 의 전분 성분으로서, 상기 전분 성분은 50 % 초과의 아밀로오스 함량을 갖는 전분 조성물을 포함함;
    b. 알칼리 성분;
    c. 사붕산 나트륨;
    d. 물; 및
    e. 0.5 내지 5 중량% 의 복수의 팽창성 마이크로스피어;
    상기 마이크로스피어의 최대 팽창 온도는, 접착제 조성물의 완전한 응결 온도보다 20℉ 내지 40℉ 낮음.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 전분 성분이 비변성 전분 조성물을 추가로 포함하는 접착제 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서, 접착제 조성물이, 비변성 전분 조성물을 접착제 조성물의 약 20 중량% 양으로 포함하고, 50 % 초과의 아밀로오스 함량을 갖는 전분 조성물을 접착제 조성물의 약 4 중량% 양으로 포함하는 접착제 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 알칼리 성분이 수산화나트륨을 포함하는 접착제 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 팽창성 마이크로스피어가 열 및/또는 방사선의 존재 하에 팽창하여 단열 폼을 형성하는 중합체 마이크로스피어를 포함하는 접착제 조성물.
  7. 제 6 항에 있어서, 팽창성 마이크로스피어가 약 180℉ 내지 약 210℉ 의 온도에서 팽창하기 시작하는 접착제 조성물.
  8. 제 6 항에 있어서, 팽창성 마이크로스피어가 약 250℉ 내지 약 280℉ 의 온도에서 최대 팽창 수준을 갖는 접착제 조성물.
  9. 삭제
  10. 하기 단계를 포함하는 향상된 단열 특성을 갖는 골이 진 제품의 제조 방법:
    a. 실질적으로 평면이면서 제 1 면 및 제 2 면을 갖는 제 1 종이 라이너를 제공하는 단계;
    b. 각각 정점 및 저점이 있는 복수의 플루트를 갖는 제 2 종이 라이너를 제공하는 단계;
    c. 하기 단계를 포함하는 향상된 단열 특성을 갖는 접착제 조성물의 제조 단계:
    i. 50 % 초과의 아밀로오스 함량을 갖는 전분 성분, 알칼리 성분, 가교제, 및 물을 조합하여 전분 혼합물을 형성하는 단계;
    ii. 전분 혼합물을 열처리하여 열처리된 전분 혼합물을 형성하는 단계;
    iii. 비변성 전분 성분을 열처리된 전분 혼합물에 첨가하는 단계; 및
    iv. 복수의 팽창성 마이크로스피어를 열처리된 전분 혼합물에 첨가하는 단계;
    d. 접착제 조성물을 각 플루트의 정점에 적용하는 단계;
    e. 플루트의 정점을 평면의 종이 라이너의 제 1 면의 표면과 합치시켜 제 1 종이 라이너 및 제 2 종이 라이너가 플루트의 정점에서 서로 접촉된 복합 구조를 형성하는 단계; 및
    f. 접착제 조성물을 제 1 온도 및 제 2 온도로 가열함으로써 복합 구조로 경화시키는 단계 (상기 제 1 온도 및 제 2 온도가 약 20℉ 내지 약 40℉ 차이가 남).
  11. 제 10 항에 있어서, 실질적으로 평평한 종이 라이너의 제 1 면에 플루트의 첨단을 위치시키는 단계가 제 1 면에 첨단을 고정하기 위해 압력을 사용하는 것을 포함하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 제 1 온도가 약 138℉ 내지 약 156℉ 인 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 제 2 온도가 약 180℉ 내지 약 210℉ 인 방법.
  14. 하기 단계를 포함하는 단열 시트의 제조 방법:
    a. 제 1 면 및 제 2 면을 갖고, 제 1 면이 단열 성분을 수용하는데 충분한 구조의 표면을 갖는 실질적인 평면의 종이 시트를 제공하는 단계;
    b. 하기 단계를 포함하는 접착제 조성물의 제조 단계:
    i. 50 % 초과의 아밀로오스 함량을 갖는 전분 성분, 알칼리 성분, 가교제, 및 물을 조합하여 전분 혼합물을 형성하는 단계;
    ii. 전분 혼합물을 열처리하여 열처리된 전분 혼합물을 형성하는 단계;
    iii. 비변성 전분 성분을 열처리된 전분 혼합물에 첨가하는 단계; 및
    iv. 복수의 팽창성 마이크로스피어를 열처리된 전분 혼합물에 첨가하는 단계;
    c. 접착제 조성물을 실질적인 평면의 종이 시트의 제 1 면의 표면에 적용하여 적용된 접착제 조성물을 갖는 시트를 형성하는 단계;
    d. 적용된 접착제 조성물을 갖는 시트를 팽창성 마이크로스피어가 팽창하는데 충분한 제 1 온도로 가열하는 단계; 및
    e. 적용된 접착제 조성물을 갖는 시트를 접착제 조성물이 완전히 경화하는데 충분한 제 2 온도로 가열하는 단계.
  15. 제 14 항에 있어서, 전분 성분으로서 팽창성 마이크로스피어가 팽창하는 온도 이상의 온도에서 전분 성분의 완전한 젤라틴화가 가능한 것이 선택되는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 전분 성분이 비변성 전분, 및 50 % 초과의 아밀로오스 함량을 갖는 전분의 혼합물을 포함하는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서, 실질적으로 평평한 종이 시트의 제 1 면에 접착제 조성물을 적용하는 단계가, 점, 줄무늬, 물결무늬, 격자 패턴, 실질적으로 평평한 바닥을 갖는 임의의 일반적인 다면체 형태, 원기둥, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 배열로 복수의 팽창성 마이크로스피어가 적용되도록 접착제 조성물을 적용하는 것을 포함하는 방법.
  18. 제 14 항에 있어서, 제 1 온도가 접착제 조성물이 완전히 경화되는데 불충분한 방법.
  19. 제 14 항에 있어서, 제 1 온도가 약 180℉ 내지 약 210℉ 인 방법.
  20. 제 14 항에 있어서, 제 2 온도가 팽창성 마이크로스피어의 Texp 보다 약 20℉ 내지 약 40℉ 높은 방법.
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