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KR101733041B1 - 폴리에스테르 및 지방산의 금속염을 포함하는 수계 코팅 조성물 - Google Patents

폴리에스테르 및 지방산의 금속염을 포함하는 수계 코팅 조성물 Download PDF

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KR101733041B1
KR101733041B1 KR1020117028021A KR20117028021A KR101733041B1 KR 101733041 B1 KR101733041 B1 KR 101733041B1 KR 1020117028021 A KR1020117028021 A KR 1020117028021A KR 20117028021 A KR20117028021 A KR 20117028021A KR 101733041 B1 KR101733041 B1 KR 101733041B1
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에른스트 션레이트너
대니 엘우드 스미스
베리 숀에이커
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아크조노벨코팅스인터내셔널비.브이.
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Abstract

본 발명은, 10∼50중량%의 수-분산성 및 소수성 폴리에스테르 수지, 50∼90중량%의 지방산의 금속염(상기 양은 수계 코팅 조성물 중 총 고체 함량을 기준으로 함), 및 상기 수지 중 카르복시산 기의 수의 70% 내지 130%의 양으로 존재하는 염기를 포함하는 수계 코팅 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 상기 수계 코팅 조성물의 제조 방법 및 그의 용도에 관한 것이다.

Description

폴리에스테르 및 지방산의 금속염을 포함하는 수계 코팅 조성물 {WATERBORNE COATING COMPOSITION COMPRISING A POLYESTER AND A METAL SALT OF A FATTY ACID}
본 발명은 수용성 또는 수-분산성 폴리에스테르 수지 및 지방산의 금속염을 포함하는 수계 코팅 조성물, 상기 코팅 조성물로 코팅된 기판, 및 종이, 판지(cardboard), 보드지(paperboard) 등의 코팅용으로서의 상기 코팅 조성물의 용도에 관한 것이다.
수계 코팅은 흔히 종이, 판지 또는 보드지를 제공하는 데 사용되고, 물, 수증기, 그리스 및 오일에 대한 차폐물과 함께 식품용 포장재로서 사용된다. 그러한 수계 코팅에 존재하는 전형적인 폴리머는 개질된 스티렌-부타디엔, 아크릴레이트와 메타크릴레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리올레핀, 및 특히 소수성 폴리에스테르 수지를 포함한다.
특허 문헌 US20040005341 및 WO 01/14426에는 식품 겉포장, 식품 용기, 식품 리셉터클 등에 사용되는 종이 포장을 포함하는 종이와 보드지용 코팅 조성물로서, 폴리비닐 알코올 및 지방산 멜라민 왁스를 포함하는 코팅 조성물이 기재되어 있다. 방출성(release property)을 얻고자 하는 경우, AkzoNobel사로부터 상업적으로 입수가능한 EvCote PWR-25와 같은 습식(wet-end) 첨가제가 제지 공정중에 섬유에 첨가될 수 있다.
특허 문헌 EP 0 960 021에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로부터 제조된 소수성 폴리에스테르 수지를 포함하는 수계 코팅 조성물의 우수한 발수성 및 발유성이 기재되어 있다. 이러한 형태의 수계 코팅 조성물의 선택은 또한 환경적 관점에서도 유리한데, 그것은 병, 시트 재료 및 직물 폐기물과 같은 테레프탈레이트 폴리머 폐기물이 이들 수지의 제조용으로 이용될 수 있고, 상기 코팅은 코팅된 물질의 퇴비화가능성(compostability)에 대해 부정적인 효과를 갖지 않기 때문이다.
코팅된 종이, 판지 또는 보드지는 예를 들면 소세지, 생선, 피자, 핫도그, 햄버거, 프렌치 프라이, 기타 식료품을 포장하는 데 사용된다. 보다 구체적으로, 패스트 푸드 산업에 있어서, 모든 종류의 버거, 치킨, 및 생선 샌드위치는 접이식 판지 상자, 마이크로플루트(microflute) 골판지 용기 또는 가요성 랩에 포장된다. 제조된 후, 포장된 샌드위치는 판매가 이루어질 때까지 짧은 시간 동안 저장될 수 있다. 저장시, 샌드위치 빵(bun)은 판지 상자 벽에 부착되기 쉽다. 샌드위치가 용기로부터 제거될 때, 상자에 부착된 빵의 일부는 벗겨지고, 보기 흉한 외관이 남는다. 이러한 효과는 샌드위치가 스팀으로 가열될 때 특히 두드러진다. 이 효과는 또한 제과점에서, 머핀 및 케익과 같은 종이로 만들어진 틀에서 도우(dough)가 구어질 때에도 나타난다.
따라서, 방출성이 양호하고, 동시에 그리스에 대한 내성이 양호한, 종이, 판지 및 보드지용 수계 코팅 조성물에 대한 요구가 있다.
본 발명에 따르면, 특정한 수-분산성 및 소수성 폴리에스테르 수지 및 지방산의 금속염을 포함하는 수계 코팅 조성물이 제공된다. 상기 수-분산성 및 소수성 폴리에스테르는 30∼70중량%의 테레프탈레이트 폴리머, 2개 이상의 수산기를 가지는 5∼40중량%의 하이드록실-작용성 화합물, 2개 이상의 카르복실기를 가지는 1∼20중량%의 카르복시-작용성 화합물, 및 C6-C24 직쇄형 또는 분지형 지방산 또는 그의 트리글리세라이드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 10∼60중량%의 소수성 화합물과, 상기 소수성 모이어티의 1∼3배 당량으로 존재하는 하이드록실-작용성 화합물의 반응 생성물을 포함한다. 상기 수-분산성 및 소수성 수지는 본 발명에 따른 수계 코팅 조성물 중에 10∼50중량%(상기 수계 코팅 조성물 중의 총 고체 함량 기준)의 양으로 존재한다. 상기 지방산의 금속염은 상기 수계 코팅 조성물 중에 50∼90중량%(상기 수계 코팅 조성물 중의 총 고체 함량 기준)의 양으로 존재한다. 또한, 상기 수지의 산가의 70% 내지 130%에 해당하는 양으로 염기가 존재한다.
식품 포장에 적합한 기재(예; 종이, 판지, 또는 보드지)에 적용되었을 때, 코팅된 기재는 양호한 방출성을 나타낸다는 것, 즉 식품이 기재로부터 용이하게 제거될 수 있고, 그에 따라 본래의 외형을 유지할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 식품은 코팅이나 포장재의 냄새를 갖지 않는다, 또한, 코팅된 기재는 양호한 그리스 내성을 나타낸다.
본 발명에 따른 코팅 조성물은 바람직하지 않은 실리콘 방출 보조제 및 플루오로카본 그리스 장벽 처리제에 대한 적합한 대체물이다. 본 발명에 따른 코팅 조성물의 또 다른 이점은 이들 제조물이, 폴리에스테르 수지의 경화에 종종 사용되는 바람직하지 않은 멜라민 성분을 함유하지 않는다는 사실이다. 또한, 상기 코팅 조성물은 양호한 W.V.T.R(수증기 전달 속도(water vapour transmission rate), 때로는 수분 증기 전달 속도(moisture vapour transmission rate; M.V.T.R)라고도 함)을 가진다.
본 발명에 따라 사용되는 수-분산성 및 소수성 폴리에스테르 조성물은 그것으로 처리된 기재에 대해, 소프트 핸드(또는 감촉)과 같은 기재의 다른 바람직한 성질에 악영향을 주지 않으면서, 얻고자 하는 발수성 및 발유성을 부여하는 것으로 알려져 있다(특허 문헌 EP 960021 참조). 본 발명의 수-분산성 수지는, 폴리에스테르의 제조에 사용되는 오리지널 PET 또는 재생 PET 또는 폴리애시드-폴리알코올(다중작용성 산 또는 알코올)과 지방족 산 또는 수소첨가되거나 수소첨가되지 않은 동물성 또는 식물성 트리글리세라이드의 축중합에 의해 합성될 수 있다. 수-분산성 수지는 바람직하게는 병, 시트 재료, 직물 폐기물 등을 포함하는 테레프탈레이트 폴리머 폐기물로부터 제조된다. 테레프탈레이트 폴리머 폐기물은 재생업자로부터 구입할 수도 있고, 제한되지는 않지만, "PET 록(rock)"으로 식별되는 물질을 포함할 수 있다. 테레프탈레이트 폴리머 폐기물은 하기 단위 식에 의해 특징지울 수 있다:
Figure 112011093154323-pct00001
식에서, R은 탄소가 2∼10개인 지방족 또는 지환족 글리콜 또는 하기식의 산소화 글리콜의 잔기이다:
Figure 112011093154323-pct00002
상기 식에서 x는 2∼4의 정수이고, n은 1∼10의 정수이다.
바람직하게는, 테레프탈레이트 폴리머 폐기물은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트와 같은 폴리알킬렌 테레프탈레이트, 폴리시클로헥산디메탄올 테레프탈레이트 또는 이것들의 혼합물이다. 사용할 수 있는 다른 적합한 폴리에스테르 폴리머는 폴리-1,2 및 폴리-1,3 프로필렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌 나프테네이트를 포함한다. 폐 테레프탈레이트를 사용하는 것이 경제적 이유에서 바람직하다는 것은 이해될 것이다. 수 분산성을 위해 필요한 이온성 기는 트리멜리트산 무수물, 트리멜리트산 또는 말레산 무수물과 같은 폴리산 모노머에 의해 수지에 도입되는 카르복시산, 또는 디메틸 5-설포이소프탈레이트(DMSIP, 또는 디메틸 5-설포, 1,3-벤젠디카르복실레이트), 설포이소프탈레이트 에틸렌 글리콜(SIPEG 또는 디하이드록시에틸 5-설포,3-벤젠디카르복실레이트)와 같은 모노머, 또는 특허 문헌 US 5,281,630에 기재되어 있는 바와 같은 설폰화 알켄형으로 불포화된 말단기로부터 유래되는 설포네이트기일 수 있다. 이에 관하여, 특허 문헌 WO 2008/080906을 참조할 수 있는데, 이 문헌에는 아크릴산 및/또는 메타크릴산 및/또는 스티렌을 그라프트하여 알키드 수지로 만드는 방법이 개시되어 있다. 이 특허에 기재된 그라프트(graft)는 수 분산성을 제공하도록 이온성 기에 대해 치환될 수 있다. 이들 그라프트는 얻고자 하는 다른 성질들도 제공할 수 있다. 폴리애시드는 바람직하게는 이소프탈산, 테레프탈산, 프탈산 무수물(산), 아디프산, 등으로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 다른 비제한적 바람직한 폴리애시드는 프탈산 무수물(산), 이소프탈산, 테레프탈산, 아디프산, 푸마르산, 2,6-나프탈렌 디카르복시산, 및 글루타르산이다. 상기 산과 무수물의 혼합물을 사용할 수도 있다. 수지 중 이온성 모노머의 중량%는 1∼20%이지만, 5∼10%가 바람직하다. 폴리머의 골격은 폴리에스테르기로 구성된다. 그것은 폴리애시드와 폴리알코올을 사용하여 제조되는 임의의 직쇄형 또는 분지형 폴리에스테르일 수 있다. 바람직한 방법은 재생된 공급원으로부터의 폴리에스테르를 이용하여 골격을 생성하는 방법이다. 폴리에스테르 골격 성분들의 중량%는 총 수지의 30∼70%이고, 50∼60%가 가장 바람직하다. 그러한 골격은 전형적으로 폐 PET와 같은 PET와 2개 이상의 수산기를 함유하는 하이드록실-작용성 화합물의 반응으로부터 유도된다. 2개 이상의 수산기를 함유하는 하이드록실-작용성 화합물은 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 시클로헥산디메탄올, 프로필렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3-프로판 디올, 1,2-부틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 트리메틸올에탄, 펜타에리트리톨, 에리트리톨 또는 단당류로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 또 다른 구현예에서, 2개 이상의 수산기를 가지는 다른 하이드록시 화합물은 글리세롤, 트리메틸올프로판, 트리메틸올에탄, 펜타에리트리톨, 에리트리톨 또는 하이드록시-작용성 화합물의 하이드록실 1개당 5∼30몰의 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드 또는 이것들의 혼합물로 옥시알킬화된 단당류의 유도체를 포함한다. 지방족 기는 스테아르산, 올레산, 팔미트산, 라우르산, 리놀레산, 리놀렌산, 베헨산 또는 이것들의 혼합물과 같은 6∼24개의 탄소 사슬 지방산 또는 그것의 트리글리세라이드로 구성된다. 이것들은 수소첨가되거나 수소첨가되지 않은 동물성 또는 식물성 오일, 예를 들면 우지유(beef tallow oil), 라드(lard), 옥수수 기름, 대두유 등으로부터 유래할 수 있다. 고도로 불포화된 지방산 또는 트리글리세라이드가 사용될 경우, 불포화기를 통한 가교결합을 방지하도록 주의를 기울여야 한다. 지방족 모이어티의 중량%는 10∼60%일 수 있고, 20∼40%가 바람직한 양이다.
이들 수지를 제조하는 데에는 두 가지 기본적 경로가 있다. 이들 경로는 특허 문헌 EP 960021에 기재되어 있는데, 아래와 같이 요약된다:
경로 1
(1) 지방족 산 또는 에스테르 + 다작용성 글리콜 → 에스테르화 또는 트랜스에스테르화 = 소수성 글리콜
(2) 소수성 글리콜 + PET(또는 2산과 디알코올) → 에스테르화 또는 트랜스에스테르화 = 소수성 폴리에스테르
(3) 소수성 폴리에스테르 + 이온성 모노머 → 에스테르화 또는 트랜스에스테르화 = 수-분산성 및 소수성 폴리에스테르 수지
경로 2
(1) 2산 또는 PET + 다작용성 글리콜 → 에스테르화 또는 트랜스에스테르화 = 사슬 전체에 및/또는 말단기로서 수산기를 가진 그라프팅 폴리에스테르
(2) 그라프팅 폴리에스테르 + 지방족 산 또는 에스테르 → 에스테르화 또는 트랜스에스테르화 = 소수성 폴리에스테르 수지
(3) 소수성 폴리에스테르 + 이온성 모노머 → 에스테르화 또는 트랜스에스테르화 = 수-분산성 및 소수성 폴리에스테르 수지
본 발명의 수지를 제조하는 방법에서 다음과 같은 단계가 이용된다:
1. 하기 물질로부터 선택될 수 있는 비극성 기(들)의 혼입: 스테아르산, 베헨산, 팔미트산, 라우르산, 올레산, 리놀레산, 등과 같은 형태의 지방산; 우지, 옥수수 기름, 대두유, 땅콩 기름, 홍화유 형태 또는 이것들의 수소첨가물 등의 동물성 또는 식물성 소스 유래의 트리글리세라이드; 반응성 실리콘, 블로운 파라핀(blown paraffin) 또는 미네랄 오일, 소수성 우레탄, 등. 이 기는 10∼60중량%의 양으로 존재해야 한다.
2. 펜타에리트리톨, 소르비톨, 글리세롤 등과 같은 다작용성 하이드록실 성분(들)의 에스테르화 또는 트랜스에스테르화에 의해, 제한되지 않지만 상기 그룹 1로부터의 성분들의 반응성 당량의 1∼3배에 해당하는 레벨로 혼입함.
3. 폴리에스테르 폴리머의 제조에 사용되는 전형적인 성분들의 에스테르화 또는 트랜스에스테르화. 이들 성분은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 유사한 테레프탈레이트 및/또는 2작용성 산, 예를 들면 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 네오펜틸 글리콜, 프로필렌 글리콜 등과 같은 2작용성 알코올과 결합된 테레프탈산, 이소프탈산, 프탈산 또는 무수물로부터 선택될 수 있다.
4. 수지를 물에 분산시키는 데 필요한 이온성 기(들)의 혼입. 이러한 기의 예는 트리멜리트산 무수물, 말레산 무수물, 설포 숙시네이트, 설폰화 이소프탈산 또는 그의 에스테르 등이다.
5. 필요할 경우에, 펜던트 산(pendant acid) 기를 중화시키기 위해 소정량의 염기를 함유하는 물에 수지를 분산시킴.
단계 1∼3은 임의의 순서로 실행될 수 있지만, 바람직한 공정 구현예의 순서는 위에 기재된 바와 같다.
폴리에스테르 수지는 보통, 바람직하게는 에스테르-교환 촉매를 이용하여 제조된다. 적합한 촉매는 금속 카르복실레이트 및 잘 알려진 유기금속 화합물, 특히 주석 또는 티타늄의 화합물을 포함한다. 바람직한 촉매는 아세트산망간, 아세트산나트륨, 아세트산아연, 아세트산코발트 또는 아세트산칼슘, 테트라알킬 티타네이트(여기서 알킬은 8개 이하의 탄소 원자를 가진 것임), 및 알킬 스태노익 애시드 또는 디알킬 틴 옥사이드, 예를 들면 모노부틸 스태노익 애시드 또는 디알킬 틴 옥사이드를 포함한다. 더욱 바람직한 촉매는 모노부틸 스태노익 애시드 및 테트라프로필 또는 테트라부틸 티타네이트, 또는 이것들의 혼합물을 포함한다.
얻어지는 수지상 생성물은 일반적으로 알칼리 금속 또는 수산화알루미늄 또는 탄산염의 비교적 농축된 수용액 중에 흡수된다. 사용되는 농도는 통상적인 실험에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 수지는 전형적으로 500 내지 50,000에 달하는 범위의 분자량을 가진다. 바람직하게는, 분자량은 1,000 내지 10,000 범위이다. 수지의 평균 분자량은 전형적으로 GPC에 의해, 또는 점도 측정 또는 폴리머 화학 분야에 잘 알려져 있는 다른 방법에 의해 판정된다.
본 발명에 따른 수계 코팅 조성물 중 수-분산성 및 소수성 폴리에스테르 수지의 총량은, 상기 수계 코팅 조성물 중 총 고체 함량을 기준으로, 10중량% 이상, 바람직하게는 15중량% 이상, 가장 바람직하게는 17중량% 이상이다. 상기 수계 코팅 조성물 중 수-분산성 및 소수성 폴리에스테르 수지의 총량은 상기 수계 코팅 조성물 중 총 고체 함량을 기준으로, 50중량% 이하, 바람직하게는 45중량% 이하, 가장 바람직하게는 40중량% 이하이다.
본 명세서에서 사용되는 지방산이라는 용어는, 8∼24개의 탄소 원자, 바람직하게는 10∼22개의 탄소 원자, 가장 바람직하게는 12∼20개의 탄소 원자를 함유하는 포화 또는 불포화 탄소 사슬을 포함하는 카르복시산을 나타내는 것이다. 적합한 예로는 미리스트산, 스테아르산, 베헨산, 아라키돈산, 팔미트산, 및 라우르산이 포함된다. 지방산은 수계 코팅 조성물 중에 금속염의 형태로 존재한다. 그 금속은 바람직하게는, 칼슘, 마그네슘, 아연, 알루미늄 및 지르코늄으로 이루어지는 군으로부터 선택된다.
수계 코팅 조성물 중 지방산의 금속염의 총량은, 상기 수계 코팅 조성물 중 총 고체 함량을 기준으로, 90중량% 이하, 바람직하게는 85중량% 이하이다. 수계 코팅 조성물 중 지방산의 금속염의 총량은, 상기 수계 코팅 조성물 중 총 고체 함량을 기준으로, 50중량% 이상이다.
용도에 따라서, 수-분산성 및 소수성 폴리에스테르 수지 및 지방산의 금속염의 상대적 양은 변동될 수 있음을 알아야 한다. 예를 들면, 방출성이 양호한 코팅을 가지는 것이 중요할 경우(예를 들면, 스팀 처리한 샌드위치용 포장재를 위한 코팅으로서 사용될 때)에는, 비교적 많은 양의 지방산의 금속염을 첨가하는 것이 바람직할 수 있다. 충분한 그리스 내성을 가지는 것이 중요할 경우(예를 들면, 제과용 종이로 만들어진 틀을 위한 코팅으로서 사용될 때)에는, 비교적 적은 양의 지방산의 금속염을 첨가하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명에 따른 수계 코팅 조성물은 본 발명에 따른 수-분산성 및 소수성 폴리에스테르 수지의 수중 콜로이드 용액 또는 분산액을 제조하고, 여기서 염기는 수지의 산가의 70% 내지 130%에 해당하는 양으로 존재하고, 수-분산성 및 소수성 폴리에스테르 수지가 10∼50중량%의 양으로 존재하고, 지방산의 금속 염이 50∼90중량%의 양으로 존재하도록 지방산의 금속 염을 첨가함으로써 제조될 수 있고, 여기서 상기 양은 수계 코팅 조성물 중 총 고체 함량을 기준으로 한다. "염기가 수지의 산가의 70% 내지 130%에 해당하는 양으로 존재한다"는 것은, 염기가 수지 중에 카르복시산 작용성의 수의 70% 내지 130%의 양으로 존재한다는 것을 의미한다. 지방산의 금속염은 바람직하게는 원위치에서 분산된 형태, 예비-분산된 형태 또는 고체 형태로 첨가된다.
상기 염기는 이러한 형태의 코팅 조성물에 통상적으로 사용되는 임의의 염기일 수 있다. 그러나, 수계 코팅 조성물이 식품 등급의 용도에 사용될 경우에는, 식품 승인 염기가 사용된다. 가장 바람직하게는, 암모니아가 염기로서 사용된다. 전술한 바와 같이, 염기는 수지의 산가에 따라 화학양론적 양에 해당하는 양의 70% 내지 130%의 양으로 사용된다. 바람직하게는, 염기는 화학양론적 양의 85% 내지 115%의 양으로 사용된다. 가장 바람직하게는, 화학양론적 양이 사용된다.
폴리에스테르 수지 및 지방산의 금속염 이외에도, 본 발명에 따른 수계 코팅 조성물은, 예를 들면, 유화제, 안료 및 (작용성) 충전재, 분산제, 보호 콜로이드, 휘발성 용매, pH 완충제, 증점제, 습윤제, 포말방지제, 착색제 및 가교제와 같은 통상적 성분들을 함유할 수 있다. 적합한 가교제의 예는 산화아연, 지르코늄 암모늄 탄산염, 우레아 멜라민, 우레아 포름알데히드 수지, 및 글리옥살(멜라민) 수지를 포함한다. 작용성 충전제의 예는 페이스트상 탈크, 페이스트상 클레이, 마이카, 박리된 하이드로탈사이트 또는 벤토나이트를 들 수 있다.
수계 코팅 조성물은 pH-민감성일 수 있다. pH가 6.5 미만으로 저하되면, 불안정해질 수 있고, 겔이 형성될 수 있다. 따라서, 바람직한 pH 범위는 7.0 내지 12(보다 바람직하게는 8.5 내지 10)이다. pH를 조절하기 위해 종래의 완충제가 첨가될 수 있다.
전술한 바람직한 pH 범위에서 작업하는 것이 가지는 잠재적 단점은, 조성물이 적용 조건 하에서 발포되는 경향을 가지고, 이는 가동성 및 코팅 성능에 부정적 영향을 준다는 점이다. 본 발명의 일 구현예에서, 포말 형성은 이소프로판올과 같은 휘발성 용매의 첨가에 의해 감소될 수 있다. 이러한 용매는 바람직하게는 수계 코팅 조성물의 총중량 기준으로, 1.5∼4중량%의 양으로 사용된다. 대안적으로, 스위스 헤딩엔 소재 Dr. W. Kolb A.G. 제조의 소포제 Paracum D44/PDI와 같은 상업적으로 입수가능한 소포제가 첨가될 수 있다. 이 특별한 소포제는 0.3∼1% 정도 첨가해도 매우 효율적인 것으로 밝혀졌다. 이 소포제는 알콕시화 알코올의 지방산 에스테르이다.
놀랍게도, 탈크 또는 하이드로탈사이트와 같은 다른 양이온으로 하전된 미네랄을 수계 코팅 조성물에 첨가하는 것이, 강한 교반 및 공기 동반을 촉진하는 조건 하에서도 포말 형성의 억제에 매우 효과적인 것으로 밝혀졌다. 수계 코팅 조성물에 대한 상기 첨가제의 첨가 레벨은 바람직하게는 지방산의 금속염의 5∼45중량%이다.
본 발명에 따른 수계 코팅 조성물을 코팅하는 데 적합한 기재는 포장지, 고품질 종이(fine paper), 양피지(parchment paper), 보드지, 풀 카톤(full carton), 판지 및 골판지를 포함한다. 상기 기재는 식품 용기, 클램 셸(clam shell), 식품 그릇(receptacle), 식품 트레이, 식품 포장재(wrapper) 등의 형태를 가질 수 있다. 상기 기재는 바람직하게는 소세지, 생선, 피자, 핫도그, 햄버거, 프렌치 프라이, 프라이드 치킨, 샌드위치 등과 같은 패스트 푸드의 포장 및 저장을 위한 패스트 푸드 산업에서, 또는 베이킹 응용 분야에서 사용하기에 적합한 오븐용 보드지로서 사용된다.
본 발명에 따른 코팅 조성물은 임의의 통상적 방식으로 기재에 적용될 수 있고, 그 예를 들면, 롤링, 분무, 브러싱, 스프링클링, 닥터 블레이드 또는 로드(rod) 코팅 어플리케이션, 플로우 코팅, 커튼 코팅, 디핑, 에어-미분화 분무, 에어-보조 분무, 에어리스 분무, 고용량 저압 분무, 에어-보조 에어리스 분무 또는 플렉소(flexo), 리소(litho), 그라비어 또는 오프셋 프린팅과 같은 인쇄 기술이 이용될 수 있다.
본 발명에 의하면, 방출성이 양호하면서도 그리스에 대한 내성이 양호한, 종이, 판지 및 보드지용 수계 코팅 조성물이 제공된다.
도 1은 비교예 및 본 발명의 실시예에 따른 번 부착 테스트의 사진이다.
본 발명은 이하의 비제한적 실시예를 이용하여 상세히 설명된다.
비교예 A-D 번 부착 테스트(bun stick test)
코팅되지 않은 클램 셸을, 실험실 규모로 아래와 같은 수계 코팅 조성물로 코팅했다(습윤 코트 중량: 6g/㎡):
A. EvCote® PWR-25
B. EvCote® PWR-25 + 25% 스테아르산알루미늄
C. EvCote® PWR-25 + 5% 스테아르산칼슘(50% 건조 물질)
D. EvCote® PWR-25 + 2% Wacker E10(실리콘 오일 35% 건조 물질)
EvCote® PWR-25는 스테아르산-변형 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)의 암모늄염이며, AkzoNobel사로부터 상업적으로 입수가능하다. 스테아르산칼슘은 AkzoNobel사로부터 상업적으로 입수가능하다. Wacker E10은 독일 부르크하우젠 소재 Wacker Chemie AG로부터 입수했다. 스테아르산알루미늄(CAS 1002-89-7)은 예를 들면 Kemco International사로부터 입수가능하다.
코팅된 클램 셸 시트는 생선 패키지를 형성하도록 손으로 접혀져서 접착되었다.
다음과 같은 테스트 과정이 뒤따랐다:
1. 냉동 생선 필레를 3분간 튀기고, 180℃에서 15초 동안 가열하고, 95℃로 유지된 다음 사용되었다.
2. 싱싱하게 보이도록 하기 위해 통상적인 번 찜통(steamer)에서 번을 쪘다.
3. 번의 상측 절반을 외부가 아래를 향하도록 하여 박스 상부에 놓았다.
4. 절단면에 타르타르 소스(tartar sauce)를 첨가했다.
5. 생선을 타르타르 소스 위에 올려놓았다.
6. 치즈 슬라이스를 생선 위에 올려놓았다.
7. 번의 하측 절반을 치즈 상부에 올려놓았다.
8. 박스를 밀폐하고, 상하를 뒤집어서 62℃의 가열 유닛에 넣었다.
9. 이상과 같이 제조된 클램 셸을 10분, 15분, 20분 후에 검사했다. 10분 후(도 1(a) 참조), 15분 후(도 1(b) 참조), 및 20분 후(도 1(c) 참조)에 사진을 촬영했다.
10. 상기 시간이 경과된 후, 클램 셸을 개봉했다. 생선 샌드위치에는 코팅이나 보드의 냄새가 없었다.
11. 샌드위치를 클램 셸로부터 꺼내고, 클램 셸의 보드에 번이 부착되었는지 여부를 판정했다.
네 개의 비교예 모두에 있어서, 번의 상부가 코팅된 박스의 상부에 심하게 부착되어, 번은 흉한 외형을 가졌다(도 1 참조).
실시예 1, 2 및 비교예 E-F: 번 부착 테스트
코팅되지 생선 샌드위치용 박스를, 실험실 규모로 아래와 같은 수계 코팅 조성물로 코팅했다(습윤 코트 중량: 2∼10g/㎡):
Figure 112011093154323-pct00003
하기 두 가지 표준 공정을 테스트했다.
ㆍ 2개의 생선 샌드위치를 함께 12초 동안 쪘다. 번의 상부를 박스에 넣은 다음, 타르타르 소스, 생선, 치즈, 및 번의 저부를 적용하고, 박스를 밀폐하여 따뜻한 상태(62℃)를 10분간 유지시켰다.
ㆍ 4개의 샌드위치를 함께 30초 동안 쪘다. 번의 상부를 박스에 넣은 다음, 소스, 생선, 치즈, 및 번의 저부를 적용하고, 박스를 밀폐하여 따뜻한 상태(62℃)를 10분간 유지시켰다.
12초 동안 찐 후, 그리고 30초 동안 찐 후 박스를 검사했다.
비교예 E에 따른 코팅된 박스는 생선 샌드위치의 저부에 약간의 번 부착을 나타냈고, 번의 상부는 부착으로 인한 균열이 있었다.
실시예 1과 2에 따른 코팅된 박스는 생선 샌드위치의 저부에 약간의 번 부착만을 나타냈다. 번의 상부는 변화가 없었다. 실시예 3에 따른 코팅된 박스는 번 부착을 전혀 나타내지 않았고, 그리스 반점이 관찰되지 않았다.
실시예 4에 따른 코팅된 박스는 번 부착을 나타내지 않았지만, 약간의 그리스 반점이 관찰되었다.
비교예 F에 따른 코팅된 박스는 번 부착을 나타내지 않았지만, 지나치게 많은 그리스 반점이 있어서 허용될 수 없었다.
실시예 5: 3M ® 키트(Kit) 테스트
3M® 키트 테스트는 플루오로케미컬(FC)로 처리된 종이나 보드를 통한 지방 및 오일의 침투를 시뮬레이션하기 위해 3M사에 의해 개발되었다. 지방과 오일에 의한 침투를 감소시키기 위해 플루오로케미컬이 종이에 도포된다. 플루오로케미컬은 연속적 막을 생성하지는 않고, 그리스 및 오일에 의한 침투를 방지하기 위해 표면 장력의 차에 의존한다. 액체의 표면 장력이 기재의 표면 장력보다 크면, 액체는 기재를 침투하지 못하고 표면 상에 액적으로서 잔존하게 된다. FC 처리된 종이는 18 dyne/cm 이하의 표면 장력에 도달할 수 있다.
장벽 코팅을 이용하면, 표면 코팅의 표면 장력은 FC 처리된 보드의 표면 장력보다 더 높을 수 있다. 그러나, 방해받지 않는 막의 형성 및 기재의 표면을 가로지르는 코팅 두께를 최소로 유지하는 것이 장벽 성능에 기여하는 중요한 요소이다. 코팅에서의 핀홀 및 얇은 스폿을 통한 확산(기재의 표면 거칠기 또는 코팅의 불균일한 도포로 인해 일어나는 문제들임)이 코팅의 오일 및 그리스 성능을 감소시키는 데 기여한다.
이 실시예에 있어서, 실시예 3에 따른 수계 코팅 조성물, 즉 30%의 EvCote PWR-25(고체 20%) 및 70%의 스테아르산칼슘(고체 50%)으로부터 제조된 수계 코팅 조성물이 사용되었다. 이 수계 코팅 조성물은 플렉소그래픽 프린팅 프레스 및 리소그래픽 프린팅 프레스에서 1 패스 및 2 패스로 도포되었다. 그리스 홀드-아웃에 대한 측정으로서, 키트 테스트가 실행되었다.
이 테스트를 위해서, 특정한 농도의 피마자유, 톨루엔 및 n-헵탄을 혼합하여 일련의 용액을 제조했다. 각각의 특정 용액은 소정의 키트 값을 가진다. 키트 값이 높다는 것은 그리스 및 오일 장벽성이 크다는 것을 의미한다. 그리스 및 오일 장벽 성능은 피펫으로 특정한 카트 용액을 기재에 적하함으로써 측정된다. 15초 후, 액체가 적하된 영역 내에 어두워진 스폿이 존재하는 것은, 액체에 의한 기재의 침투가 있음을 나타낸다. 침투는 테스트의 실패를 나타내며, 키트 값은 적하된 특정 용액의 키트 값보다 낮다. 더 낮은 키트 값을 가진 용액으로 침투가 관찰되지 않을 때까지 상기 테스트를 반복한다. 기재의 어두워짐을 나타내지 않는 가장 높은 키트 값을 가진 용액을 기재의 키트 값으로 정의한다. 상기 테스트는 낮은 키트 값의 용액으로 시작하여 실패점이 결정될 때까지 더 높은 키트 값의 용액으로 이동하는 역 방식으로 수행될 수 있다. 테스트액 침투는 부분적으로는 기재 표면의 표면 장력에 의해 판정된다. 그리스 및 오일 장벽 성능은 또한 표면 코팅의 불투과성(impermeability)에 의해 결정될 수도 있다.
하기 표는 테스트액의 조성 및 대응하는 표면 장력을 나타낸다.
Figure 112011093154323-pct00004
실시예 4에 따른 수계 코팅 조성물을 사용한 키트 측정의 결과, 1개 또는 2개의 인쇄층에 의해 4 또는 5의 충분한 키트 레벨이 달성될 수 있는 것으로 나타났다.
고체 기준으로 62.2% 스테아르산칼슘, 15.5% EvCote PWRH-NT, 20.2% 탈크(Jetfine 8CF-Rio Tinto Minerals사로부터 입수가능), 및 2.2% Bodoxin AE(상업적 살생물제)를 함유하는 제조물의 1개 또는 2개의 코팅층으로 인쇄된 종이를 그리스 내성에 대해 평가했다. 고체 기준으로 78.2% 스테아르산칼슘, 17.2% EvCote PWRH-NT, 2.3% Bodoxin AE(시판되는 살생물제) 및 2.3% Paracum 44 PDI(시판되는 소포제)를 함유하는 제조물의 1개 또는 2개의 코팅층으로 인쇄된 유사한 종이를 그리스 내성에 대해 평가했다. 모든 경우에, 4 및 5의 키트 값이 관찰되었다. 핫 프라이로 테스트했을 때, 탈크 용기 물질은 약간의 그리스 내성의 감소를 나타냈지만, 허용가능한 레벨에 들어갔다. 그러나, 탈크 용기 변형예는 상업적 인쇄 장치에서 적용시 발포를 나타내지 않았다. 비-탈크 변형예에 있어서는 상업적 인쇄 장치에서 테스트시 현저한 발포가 관찰되었다. 발포는 제품의 가동성에 불리하게 영향을 주기에 충분했다.

Claims (10)

  1. (a) 30∼70중량%의 테레프탈레이트 폴리머, 2개 이상의 수산기를 가지는 5∼40중량%의 하이드록실-작용성 화합물, 2개 이상의 카르복실기를 가지는 1∼20중량%의 카르복시-작용성 화합물, 및 C6-C24 직쇄형 또는 분지형 지방산 또는 그의 트리글리세라이드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 10∼60중량%의 소수성 화합물과, 상기 소수성 화합물의 1∼3배 당량으로 존재하는 하이드록실-작용성 화합물의 반응 생성물을 포함하는, 수-분산성 및 소수성 폴리에스테르 수지 10∼50중량%,
    (b) 지방산의 금속염 50∼90중량%, 여기서 모든 구성요소의 양은 수계 코팅 조성물 중 총 고체 함량을 기준으로 함, 및
    (c) 상기 수지 중 카르복시산 기의 수의 70% 내지 130%의 양의 염기
    를 포함하는, 수계 코팅 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 수지는 하기 단위 식의 폐(waste) 테레프탈레이트의 반응 생성물을 포함하는 수-분산성 및 소수성 폴리에스테르 수지인, 수계 코팅 조성물:
    Figure 112011093154323-pct00005

    식에서, R은 탄소가 2∼10개인 지방족 또는 지환족 글리콜 또는 하기식의 산소화 글리콜의 잔기임:
    Figure 112011093154323-pct00006

    상기 식에서 x는 2∼4의 정수이고, n은 1∼10의 정수임.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 성분 (a)의 지방산 및 상기 성분 (b)의 지방산 중 하나 이상의 지방산은, 미리스트산, 스테아르산, 베헨산, 아라키돈산, 팔미트산 및 라우르산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 수계 코팅 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속이, 칼슘, 마그네슘, 아연, 알루미늄, 및 지르코늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 수계 코팅 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    양이온으로 하전된 미네랄이 상기 지방산의 금속염의 10∼45%의 양으로 존재하는, 수계 코팅 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 수계 코팅 조성물의 제조 방법으로서,
    30∼70중량%의 테레프탈레이트 폴리머, 2개 이상의 수산기를 가지는 5∼40중량%의 하이드록실-작용성 화합물, 2개 이상의 카르복실기를 가지는 1∼20중량%의 카르복시-작용성 화합물, 및 C6-C24 직쇄형 또는 분지형 지방산 또는 그의 트리글리세라이드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 10∼60중량%의 소수성 화합물과, 상기 소수성 화합물의 1∼3배 당량으로 존재하는 하이드록실-작용성 화합물의, 수중 반응 생성물을 포함하는 수-분산성 및 소수성 폴리에스테르 수지의 콜로이드 용액 또는 분산액을 제조하는 단계로서, 여기서 상기 수지의 산가의 70% 내지 130%에 해당하는 양으로 염기가 존재하는, 제조 단계, 및
    지방산의 금속염을 첨가하는 단계
    를 포함하고,
    상기 수-분산성 및 소수성 폴리에스테르 수지는 10∼50중량%의 양으로 존재하고, 상기 지방산의 금속염은 50∼90중량%의 양으로 존재하며, 상기 양들은 상기 수계 코팅 조성물 중 총 고체 함량을 기준으로 하는,
    수계 코팅 조성물의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수계 코팅 조성물은, 포장지(wrapping paper), 고품질 종이(fine paper), 또는 양피지(parchment paper)를 포함하는 종이; 보드지(paperboard); 풀 카톤(full carton); 판지(cardboard); 및 골판지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 식품 포장용 기재(substrate)의 코팅에 사용되는, 수계 코팅 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기재는 식품-용기, 클램 셸(clam shell), 식품 그릇(receptacle), 식품 트레이, 식품 포장재(wrapper)로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 수계 코팅 조성물.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 코팅 조성물로 코팅된 기재로서,
    상기 기재가 포장지, 고품질 종이, 또는 양피지를 포함하는 종이; 보드지; 풀 카톤; 판지; 또는 골판지인, 기재.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기재가 식품-용기, 클램 셸, 식품 그릇, 식품 트레이, 식품 포장재로 이루어지는 군으로부터 선택되는 코팅된, 기재.
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