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KR102611581B1 - 저 표면 에너지 기재에 대한 접착성을 개선하기 위한 공중합체 제형을 포함하는 조성물 - Google Patents

저 표면 에너지 기재에 대한 접착성을 개선하기 위한 공중합체 제형을 포함하는 조성물 Download PDF

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KR102611581B1
KR102611581B1 KR1020197037676A KR20197037676A KR102611581B1 KR 102611581 B1 KR102611581 B1 KR 102611581B1 KR 1020197037676 A KR1020197037676 A KR 1020197037676A KR 20197037676 A KR20197037676 A KR 20197037676A KR 102611581 B1 KR102611581 B1 KR 102611581B1
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마이클 자블론
제랄드 스미스
마크 휠러
스콧 해커
맨프리드 브라운
폴 렘
자예쉬 샤
라케쉬 빅
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허니웰 인터내셔날 인코포레이티드
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Abstract

조성물과 저 표면 에너지 기재 사이의 접착 품질을 개선하기 위하여 소정 양의 공중합체 제형이 첨가되어 있는, 저 표면 에너지 기재에의 도포용으로 의도된 조성물, 그러한 조성물로 코팅된 기재, 및 관련 방법.

Description

저 표면 에너지 기재에 대한 접착성을 개선하기 위한 공중합체 제형을 포함하는 조성물
관련 출원의 상호 참조
본 출원은, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 2017년 5월 19일자로 출원된 미국 가출원 제62/509,037호의 우선권의 이득을 주장한다.
기술분야
본 발명은 저 표면 에너지 기재(substrate)에 대한 조성물의 접착성을 개선하기 위해 다양한 조성물에 첨가될 수 있는 공중합체 제형, 및 관련 방법에 관한 것이다. 제형은 다양한 조성물에 직접 첨가되는, 용매 중의 분산액, 물 중의 에멀젼, 및 공중합체일 수 있다.
많은 산업 공정은 필름 등과 같은 폴리올레핀 기재에 잉크, 접착제, 코팅 등과 같은 조성물을 도포하는 것을 필요로 한다. 그러나, 폴리올레핀의 고유한 저 표면 에너지는 대부분의 그러한 조성물의 접착을 억제한다. 따라서, 이들 재료의 표면을 전처리하여 이들을 그러한 조성물의 도포에 더 적합하게 만드는 데 노력이 기울여져 왔다. 그러한 전처리에는 증기 세정, 탈지, 산 처리, 코로나 방전 처리, 또는 플라즈마 처리가 포함된다. 이러한 처리에도 불구하고, 지금까지 충분한 접착이 관찰되지 않았다.
이와 같이, 특히 저 표면 에너지 기재에 도포될 때, 개선된 접착 품질을 갖는 조성물을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 더욱이, 본 발명의 요지의 다른 바람직한 특징 및 특성은, 본 발명의 요지의 이러한 배경 기술과 함께 취해지는, 본 발명의 요지의 후속하는 상세한 설명 및 첨부된 청구범위로부터 명백해질 것이다.
예시적인 실시 형태에서, 조성물과 저 표면 에너지 기재 사이의 접착 품질을 개선하기 위하여 소정 양의 공중합체 제형이 첨가되어 있는, 저 표면 에너지 기재에의 도포용으로 의도된 조성물이 개시된다. 추가의 실시 형태에서, 그러한 조성물로 코팅된 기재 및 관련 방법이 개시된다.
다른 예시적인 실시 형태에서, 저 표면 에너지 기재에 대한 조성물의 접착성을 개선하는 방법이 개시되며, 이 방법은 소정 양의 공중합체 제형을 조성물에 첨가하는 단계; 및 공중합체 제형이 첨가된 조성물을 저 표면 에너지 기재에 도포하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 실시 형태에서, 잉크; 및 약 1% 내지 약 30%의 공중합체의 수중유 에멀젼을 포함하는 잉크 제형이 개시되며, 공중합체는 에틸렌/아크릴산 공중합체 또는 프로필렌/말레산 무수물 공중합체 중 어느 하나이다.
이러한 '발명의 내용'은 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'에서 추가로 후술되는 엄선된 개념들을 단순화된 형태로 소개하기 위해 제공된다. 이러한 '발명의 내용'은 청구된 요지의 핵심적인 특징 또는 본질적인 특징을 확인하고자 하는 것이 아니며, 아울러 청구된 요지의 범위를 결정하는 데 도움을 주는 것으로서 사용되고자 하는 것도 아니다.
본 발명은 다음의 도면들과 함께 더 잘 이해될 것이다.
도 1 내지 도 7, 도 9, 및 도 11은 대조군 잉크(좌측)와 비교하여 본 발명에 따른 잉크 제형(우측)의 크로스-해치 시험(cross-hatch testing) 동안의 잉크 제거를 나타내는 사진이고;
도 8, 도 10, 및 도 12는 대조군 잉크와 비교하여 본 발명에 따른 잉크 제형의 크로스-해치 시험 동안의 잉크 제거를 비교하는 그래프이다.
하기의 상세한 설명은 사실상 단지 예시적인 것이며, 단일 용량 팩(single dose pack), 또는 이의 제조 방법 또는 사용 방법을 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한, 상기의 배경 기술 또는 하기의 상세한 설명에서 제시된 임의의 이론에 의해 구애되고자 하는 의도는 없다.
명세서 및 청구 범위 전체에 걸쳐 수치와 관련하여 사용되는 바와 같이, 용어 "약"은 당업자에게 친숙하고 허용가능한 정확도 간격을 나타낸다. 일반적으로, 그러한 정확도 간격은 ±10%이다. 따라서, "약 10"은 9 내지 11을 의미한다. 양, 재료들의 비, 재료들의 물리적 특성, 및/또는 용도를 나타내는 본 명세서 내의 모든 수는 달리 명시적으로 지시된 것을 제외하고는 단어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 실시 형태는 광범위하게는 저 표면 에너지 기재에 대한 다양한 조성물의 접착성을 개선하기 위한 다양한 공중합체 제형의 용도에 관한 것이다. 본 발명의 실시 형태는 또한 다양한 공중합체 제형을 포함하는 다양한 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 실시 형태는 또한 다양한 공중합체 제형을 포함하는 다양한 조성물이 도포되어 있는 저 표면 에너지 기재에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 다양한 공중합체 제형을 포함하는 조성물을 저 표면 에너지 기재에 도포하는 방법에 관한 것이다.
저 표면 에너지 기재
저 표면 에너지 기재는 일반적으로 다양한 잉크, 접착제 및 코팅이 잘 접착되지 않는 기재로서 간주될 수 있다. 이는 다인/㎠ 단위로 정량화될 수 있다. 특히, 상기에 언급된 것들과 같은 수성 시스템은 표면 에너지의 차이로 인해 저 표면 에너지 기재에 접착하기가 특히 힘들다. 예를 들어, 물은 약 70 다인/㎠ 초과의 값을 가질 수 있는 반면, 저 표면 에너지 기재는 약 10 내지 약 20 다인/㎠의 값을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 형태는 다양한 저 표면 에너지 기재와 함께 사용하기에 적합하며, 저 표면 에너지 기재의 예에는 특히 하기가 포함될 수 있다.
고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 필름: 본 발명에 따라 사용하기 위한 하나의 예시적인 기재는 HDPE 필름이다. HDPE는 단량체 에틸렌으로부터 제조되는 폴리에틸렌 열가소성 물질이다. HDPE는 그의 큰 강도 대 밀도 비에 대해 알려져 있다. HDPE의 밀도는 0.93 내지 0.97 g/㎤의 범위일 수 있다. HDPE의 밀도는 저밀도 폴리에틸렌의 밀도보다 단지 약간 더 높지만, HDPE는 분지가 거의 없어서, LDPE보다 더 강한 분자간 힘 및 인장 강도를 제공한다. 강도의 차이는 밀도의 차이를 초과하여, HDPE에 더 높은 비강도(specific strength)를 제공한다. 이는 또한 더 경질이고 더 불투명하며 다소 더 높은 온도를 견딜 수 있다. 하기에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, LDPE와 비교하여 HDPE에서 다양한 제형의 접착이 더 용이할 수 있다.
저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 필름: 본 발명에 따라 사용하기 위한 하나의 예시적인 기재는 LDPE 필름이다. LDPE는 단량체 에틸렌으로부터 제조되는 열가소성 물질이다. LDPE는 0.910 내지 0.940 g/㎤의 밀도 범위로 정의된다. 이는 강한 산화제에 의한 것을 제외하고는 실온에서 반응성이 아니며, 일부 용매는 팽윤을 야기한다. 이는 80℃의 온도를 지속적으로 견딜 수 있으며 95℃의 온도를 단시간 동안 견딜 수 있다. 반투명 또는 불투명 변형으로 제조되는 경우, 이는 매우 가요성이며 강인(tough)하다. LDPE는 HDPE보다 더 많은 (탄소 원자의 약 2%에서) 분지를 가져서, 그의 분자간 힘(순간 쌍극자-유도 쌍극자 인력)이 더 약하고, 그의 인장 강도가 더 낮고, 그의 탄력성이 더 높다. 또한, 그의 분자들이 측부 분지로 인해 덜 조밀하게 패킹되고 덜 결정질이기 때문에, 그의 밀도는 더 낮다.
폴리프로필렌(PP) 필름: 본 발명에 따라 사용하기 위한 하나의 예시적인 기재는 PP 필름이다. PP는 매우 다양한 패키징 응용 및 라벨링 응용에 사용되는 열가소성 중합체이다. 폴리프로필렌은 많은 측면에서, 특히 용액 거동 및 전기적 특성에서 폴리에틸렌과 유사하다. 추가로 존재하는 메틸 기로 인해 기계적 특성 및 내열성은 개선되는 반면, 내화학성은 감소한다. 폴리프로필렌의 특성은 분자량 및 분자량 분포, 결정화도, 및 아이소택틱 특성(isotacticity)에 따라 좌우된다. PP의 밀도는 0.895 내지 0.92 g/㎤이다.
폴리비닐 클로라이드(PVC) 필름: 본 발명에 따라 사용하기 위한 하나의 예시적인 기재는 PVC 필름이다. 폴리비닐 클로라이드는 비닐 클로라이드 단량체의 중합에 의해 생성된다. PVC는 높은 경도 및 기계적 특성을 갖는다. 기계적 특성은 분자량이 증가함에 따라 향상되지만 온도가 증가함에 따라 감소한다. 강성 PVC(uPVC)의 기계적 특성은 매우 우수하며; 탄성 모듈러스가 1500 내지 3,000 MPa에 달할 수 있다. 연성 PVC(가요성 PVC) 탄성은 1.5 내지 15 MPa이다.
폴리에스테르 필름: 본 발명에 따라 사용하기 위한 하나의 예시적인 기재는 폴리에스테르 (폴리에틸렌 테레프탈레이트) 필름이다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 에틸렌 글리콜 및 다이메틸 테레프탈레이트(DMT) 또는 테레프탈산으로부터 생성된다. 폴리에스테르 필름은 전형적으로 반강성(semi-rigid) 내지 강성이며, 비교적 경량이다. 이들 필름은 예를 들어 제품 패키징에서 산업적 응용을 갖는다.
선택적인 기재 전처리
저 표면 에너지 기재에 임의의 조성물을 도포하기 전에, 기재는 선택적으로 그의 표면 에너지를 증가시키기 위해 전처리 공정을 거칠 수 있다. 예를 들어, 코로나 처리는 저 표면 에너지 기재 상에서 표면 에너지를 증가시켜, 잉크, 코팅, 및 접착제가 접착되는 경우 접착성을 촉진하는 일반적인 방법이다. 코로나 처리 시스템은 고전압, 고주파 전기 방전을 기재에 가하도록 설계된 몇몇 구성요소로 제조된다. 대기 중 공기가 상이한 전압 전위에 노출될 때, 전기 방전이 발생할 수 있다. 전기 방전이 일어날 때, 이는 전압을 구성하는 하전된 분자와 중성 분자의 충돌에 의해 야기되는 애벌란시 효과(avalanche effect)를 초래한다. 충돌 시에, 중성 분자는 하전되어, 강하게 하전된 구역 또는 "라이트닝"(lightening)을 초래한다. 이는 결국 오존과 질소 산화물의 중질 산화물 혼합물을 생성한다. 이러한 애벌란시 효과를 피하기 위해, 절연체가 2개의 전극들 사이에 배치된다. 결과는 이온화된 공기의 구름(또는 코로나 방전)인데, 이는 이어서 기재 재료의 표면 처리에 사용된다.
기재 재료가 코로나 방전 하에 배치될 때, 방전에서 발생된 전자는 대부분의 기재의 표면 상의 분자 결합을 파괴하는 데 필요한 것의 2배 내지 3배의 에너지로 처리 표면에 영향을 준다. 생성되는 자유 라디칼은 코로나 방전의 산화 생성물과, 또는 동일하거나 상이한 사슬 상의 인접한 자유 라디칼과 신속하게 반응하여 가교 결합을 생성한다. 고체 표면의 산화는 표면 에너지를 증가시켜, 액체에 의한 더 우수한 습윤화를 가능하게 하며 접착을 촉진한다.
저 표면 에너지 기재에 도포되는 조성물
본 발명의 실시 형태는, 특히 후술되는 것들과 같은, 다양한 잉크, 접착제, 및 코팅을 전술된 저 표면 에너지 기재에 도포하는 것을 고려한다.
그라비어(gravure) 잉크: 그라비어는 전술된 것들과 같은 기재 상에 인쇄하는 데 사용될 수 있는 주요 상업적 인쇄 공정이다. 텍스트 및 이미지가 인쇄될 수 있다. 그라비어는, 인쇄 표면, 예컨대 원통 또는 평판 내로 함입된 매우 작은 셀로부터의 방울로서 잉크가 종이로 전사되는 요판인쇄(intaglio) 공정이다. 잉크 방울들은 유동하고 선택적으로 함께 퍼져서 텍스트 또는 이미지를 인쇄한다. 잉크 방울의 표면 장력이 너무 높으면, 잉크가 충분히 빨리 또는 멀리 퍼지지 않아서 인쇄가 거칠고 선명하지 않게 보일 것이다. 그라비어는 활판 인쇄 및 리소그래피와 같은 다른 공정과는 구별된다. 그라비어 잉크는 증발에 의해 건조되어 기재 상에 수지와 안료의 필름을 남기는 매우 유동성인, 용매 또는 공용매 기반 잉크이다. 대표적인 용매 및 공용매에는 톨루엔, 자일렌, 알코올, 아세톤, 지방족 탄화수소, 물 등이 포함된다.
플렉소그래픽(flexographic) 잉크: 플렉소그래픽 인쇄 잉크는 일반적으로 물 중에 분산된 결합제 수지 및 안료를 함유할 것이다. 결합제는 안료를 위한 담체로서 역할을 하며, 인쇄될 표면에 안료를 부착시킨다. 아크릴 및 메타크릴 중합체 및 공중합체, 로진(rosin) 개질된 페놀 수지, 폴리스티렌 수지 및 대두 단백질을 포함하는 매우 다양한 결합제 시스템이 플렉소그래픽 잉크 조성물에 사용되어 왔다. 플렉소그래픽 인쇄 시스템은 일반적으로 중심 압통 프레스(impression cylinder press) 내에 고무 또는 광중합체 플레이트, 역각도 닥터 블레이드(reverse- angle doctor blade), 및 세라믹 아닐록스 롤러(ceramic anilox roller)를 갖는 시스템이다. 플렉소그래픽 프레스는 전술된 바와 같은 재료를 기재 상에 인쇄하는 데 사용될 수 있다. 플렉소그래픽 인쇄 시스템은 오일계 잉크 조성물보다 덜 고가인 수용성 또는 수계 잉크 조성물을 사용할 수 있기 때문에, 플렉소그래픽 인쇄는 전형적으로 리소그래픽 인쇄보다 적은 비용이 든다.
오프셋 인쇄를 위한 페이스트 잉크: 오프셋 인쇄는 다른 인쇄 방법과 비교하여 매우 점성이고, 진하고, 점착성인 잉크를 사용한다. 전형적인 잉크는 역학 점도가 40 내지 100 Pa·s이다. 오프셋 리소그래픽 인쇄에 이용하기 위해 입수가능한 많은 유형의 페이스트 잉크가 존재한다. 이러한 잉크에는 열경화(heat-set), 냉각 경화(cold-set), 및 에너지-경화성(또는 EC), 예를 들어 자외선-(또는 UV-)경화성, 및 전자 빔-(또는 EB-)경화성 잉크가 포함된다. 열경화 잉크가 가장 일반적인 종류이며, 열을 가하고 이어서 신속하게 냉각하여 경화 공정을 촉매함으로써 "경화"(set)된다. 에너지-경화성 잉크는 최고-품질의 오프셋 석판 잉크(litho ink)이며, 광 에너지의 인가에 의해 경화된다.
고온 용융 접착제: 고온 용융 접착제는, 전형적으로 실온에서 고체이며 약어 "HMA"로 표시되는 열가소성 재료이다. 고온 용융 접착제는 제품 조립, 패키징, 위생 및 탄성 부착, 라미네이션, 케이스 및 카톤 밀봉, 제본 및 구조물 접합 응용, 가구, 및 텍스타일 산업, 프로파일 랩핑 등과 같은 다양한 응용을 위해 업계에서 널리 사용된다. 다양한 HMA는 소정의 기재에 대한 접착 및 상이한 온도에서의 접착과 관련된 상이한 취약점을 갖는다. 예를 들어, 적은 냄새, 높은 투명도, 및 사용 용이성에 유리한 메탈로센 에틸렌 옥텐 공중합체("mEO")에 기초한 고온 용융 접착제는, 특히 저온, 예를 들어 냉장고 또는 냉동고 온도에서, 까다로운 기재(예를 들어, 본 명세서에 정의된 것들)에 대해 종종 불량한 접착을 나타낸다. 또한, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체("EVA")에 기초한 고온 용융 접착제가 동일한 접착 문제 중 일부를 나타낼 수 있다.
감압 접착제: 감압 접착제(PSA)는 압력이 그에 가해질 때 피착물과 접합하는 접착제이다. PSA는, 예를 들어 열, 조사(irradiation), 또는 화학 반응에 의해 활성화되는 접착제와 대조된다. PSA는 에멀젼 또는 분산액으로서 기재에 도포될 수 있으며, 이를 이어서 건조시켜 액체 담체를 제거한다. 대안적으로, PSA는 고체로서 적용될 수 있으며, 이어서 이를 가열하여 그의 점도를 감소시킬 수 있다. 종이 라벨을 위한 전형적인 PSA 조성물은 주로 탄성중합체 및 점착부여제를 함유하는 수계 분산액이다. 보통, 이들 제형에 사용되는 탄성중합체는 아크릴레이트 중합체이고, 점착부여제는 로진 에스테르에 기초한다. 고분자량 아크릴레이트 중합체는 탄성, 응집성 및 내전단성을 갖는 제형을 제공하는 한편, 점성인 저분자량 점착부여제는 제형을 더 접착성으로 만든다.
오버프린트 바니시(Overprint Varnish, OPV): OPV는 인쇄 전에 잉크 비히클의 제형 그 자체에 바니시를 도포하는 것과 대조적으로, 인쇄 후에 인쇄물에 코팅으로서 도포되는 바니시이다. 오버프린트 바니싱은 (온-프레스(on-press)로 또는 마감 가공의 일부로서) 미적 목적을 위해 또는 수분, 마모, 또는 다른 잠재적인 손상 공급원으로부터 인쇄를 보호하기 위해 전형적으로 수행된다.
개선된 접착성을 위해 조성물에 첨가되는 공중합체 제형
본 발명의 실시 형태에 따르면, 전술된 저 표면 에너지 기재에 대한 조성물의 접착성을 향상시킬 목적으로, 다양한 공중합체 제형이 전술된 조성물 중 임의의 것에 첨가될 수 있다. 공중합체 제형은 에멀젼으로서 제공될 수 있다. 다양한 공중합체 제형에는 특히 하기가 포함된다.
에틸렌 아크릴산(E/AA) 공중합체의 수중유 에멀젼: (1) 활성 고형물이 40 내지 50%이고 25℃에서의 브룩필드(Brookfield) 점도가 약 150 cP인 에틸렌 아크릴산 공중합체의 수중유 에멀젼. 이러한 공중합체 제형은 허니웰 인터내셔널 인크.(Honeywell International Inc.)로부터 코헤사(Cohesa)(등록상표) 0001로 입수가능하다. (2) 산화된 폴리에틸렌 고형물이 30 내지 40%이고, 에틸렌 아크릴산 공중합체 고형물이 5 내지 15%이고, 및 25℃에서의 브룩필드 점도가 약 500 cP인, 작용성 합성 왁스들의 블렌드의 수중유 에멀젼. 이러한 공중합체 제형은 허니웰 인터내셔널 인크.로부터 코헤사(등록상표) 0002로 입수가능하다. (3) 활성 고형물이 30 내지 50%이고 25℃에서의 브룩필드 점도가 약 100 cP인 에틸렌 아크릴산 공중합체의 계면활성제-무함유 수중유 에멀젼. 이러한 공중합체 제형은 허니웰 인터내셔널 인크.로부터 코헤사(등록상표) 3050로 입수가능하다. (4) 활성 고형물이 약 25 내지 60%이고, 점도(25℃에서의 브룩필드 점도)가 75 cP 내지 약 750 cP의 범위 이내인, 에틸렌 아크릴산 공중합체의 추가의 계면활성제-무함유 수중유 에멀젼이 허니웰 인터내셔널 인크.로부터 코헤사(등록상표) 1020, 3055, 3060, 및 3080으로 입수가능하다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 사용하기에 적합한 E/AA 공중합체의 수중유 에멀젼 중 일부는, 활성 고형물 함량이 약 25 내지 60%이고 25℃에서의 브룩필드 점도가 약 75 cP 내지 약 750 cP인 것들이다.
에틸렌 아크릴산(E/AA) 공중합체 합성 왁스(에멀젼의 형태로 제공될 수 있음): (1) ASTM D-5 경도가 2.0 dmm이고, 140℃에서의 점도가 575 cP이고, 밀도가 0.93 g/㎤이고 산가(acid number)가 40이고, AA 함량이 약 5%인 에틸렌 아크릴산 공중합체 합성 왁스. 이러한 공중합체 제형은 허니웰 인터내셔널 인크.로부터 A-C(등록상표) 540으로 입수가능하다. (2) ASTM D-5 경도가 4.0 dmm이고, 140℃에서의 점도가 650 cP이고, 밀도가 0.93 g/㎤이고 산가가 75이고, AA 함량이 약 10%인 에틸렌 아크릴산 공중합체 합성 왁스. 이러한 공중합체 제형은 허니웰 인터내셔널 인크.로부터 A-C(등록상표) 580으로 입수가능하다. (3) ASTM D-5 경도가 8.0 dmm이고, 140℃에서의 점도가 600 cP이고, 밀도가 0.93 g/㎤이고 산가가 120이고, AA 함량이 약 15%인 에틸렌 아크릴산 공중합체 합성 왁스. 이러한 공중합체 제형은 허니웰 인터내셔널 인크.로부터 A-C(등록상표) 5120으로 입수가능하다. (4) ASTM D-5 경도가 7.0 dmm이고, 140℃에서의 점도가 1100 cP이고, 산가가 135인 에틸렌 아크릴산 공중합체 합성 왁스. 이러한 공중합체 제형은 허니웰 인터내셔널 인크.로부터 A-C(등록상표) 5135로 입수가능하다. (5) ASTM D-5 경도가 10 dmm이고, 140℃에서의 점도가 1000 cP이고, 산가가 150인 에틸렌 아크릴산 공중합체 합성 왁스. 이러한 공중합체 제형은 허니웰 인터내셔널 인크.로부터 A-C(등록상표) 5150으로 입수가능하다. (6) ASTM D-5 경도가 50 dmm이고, 140℃에서의 점도가 625 cP이고, 밀도가 0.93 g/㎤이고 산가가 200이고, AA 함량이 약 20%인 에틸렌 아크릴산 공중합체 합성 왁스. 이러한 공중합체 제형은 허니웰 인터내셔널 인크.로부터 A-C(등록상표) 5180으로 입수가능하다. (7) ASTM D-5 경도가 1.0 내지 100 dmm이고, 140℃에서의 점도가 500 내지 1500이고, 밀도가 0.91 내지 0.95 g/㎤이고, 산가가 5 내지 200이고, AA 함량이 1% 미만 내지 25%인 추가의 에틸렌 아크릴산 공중합체 합성 왁스가 허니웰 인터내셔널 인크.로부터 A-C(등록상표) 505, 510, 및 520으로 입수가능하다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에서 사용하기에 적합한 에틸렌 아크릴산 공중합체 합성 왁스 중 일부는 ASTM D-5 경도가 1.0 내지 100 dmm이고, 140℃에서의 점도가 500 내지 1500이고, 밀도가 0.91 내지 0.95 g/㎤이고, 산가가 20 내지 200이고, AA 함량이 5 내지 30%인 것들이다.
대안적인 실시 형태에서, 다른 공중합체 제형이 사용될 수 있다. 예를 들어, 여기에는 에멀젼 형태로 제조된 프로필렌 말레산 무수물 공중합체가 포함된다: ASTM D-5 경도가 0.5 dmm 미만이고, 190℃에서의 점도가 350 cP이고, 메틀러 적점(Mettler drop point)이 141℃이고, 밀도가 0.94 g/㎤인 프로필렌 말레산 무수물 공중합체가 음이온성 또는 비이온성 에멀젼으로 제공될 수 있다. 이러한 공중합체 제형은 허니웰 인터내셔널 인크.로부터 A-C(등록상표) 597P로 입수가능하다.
공중합체 제형을 조성물에 첨가
본 발명에 따르면, 전술된 공중합체 제형은 저 표면 에너지 기재에 도포될 수 있는 전술된 조성물에 첨가된다. 조성물에 첨가되는 공중합체 제형의 양은 공중합체를 제외한 총 조성물 중량과 비교하여 첨가되는 공중합체 고형물의 중량을 기준으로 할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 공중합체 제형은 이러한 기준으로 약 1% 내지 약 30%, 또는 약 2% 내지 약 25%, 또는 약 2% 내지 약 15%로 첨가될 수 있다. 특정 예에서, 그 양은 이러한 기준으로 2%, 5%, 10%, 또는 15% 중 임의의 것일 수 있다.
공중합체 제형은 수 분 내지 수 시간, 예를 들어 약 1분 내지 약 30분의 범위일 수 있는 기간 동안 고속 혼합과 같은 임의의 적합한 혼합 기술을 사용하여 조성물에 첨가될 수 있다. 혼합이 수행되는 온도는 특정 조성물 및 그에 첨가되는 특정 공중합체 제형에 따라 실온(예를 들어, 20℃)으로부터 약 180℃, 또는 그 초과까지 중 임의의 온도일 수 있다.
저 표면 에너지 기재에 도포 - 예시적인 실시예
본 발명의 실시 형태에 따르면, 조성물과 공중합체 제형의 전술된 혼합물은 전술된 저 표면 에너지 기재에 도포될 수 있다. 이러한 도포 공정은 당해 특정 조성물에 적합한 임의의 통상적인 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 그라비어 잉크 및 플렉소그래픽 잉크는 기재를 인쇄 표면 등과 접촉시킴으로써 도포된다. 일부 실시 형태에서, 기재는 혼합물의 도포 전에 코로나 처리로 처리되었다.
전술된 혼합물을 갖는 기재 상에서, 그리고 또한 대조군으로서 (공중합체 제형이 없는) 통상적인 조성물이 도포된 기재 상에서 시험을 수행하였다. 공중합체 제형들을 모두 공중합체의 40% 중합체 고형물 수중유 에멀젼으로서 제공하였다. 이어서, 하기에 명시된 바와 같이, 잉크의 중량을 기준으로 2%, 5%, 10%, 또는 15%의 공중합체 고형물 중량 로딩을 달성하도록 소정 양의 공중합체 제형을 잉크에 첨가하였다. 기재에 대한 접착 품질을 결정하기 위하여, 통상적인 테이프를 사용하여 도포 후의 잉크/코팅을 제거하고자 시도하는 크로스-해치 접착 시험 프로토콜(protocol)을 이용하였다. 크로스-해치 시험은 쓰리엠 인크.(3M Inc.)로부터 입수가능한 610 테이프를 사용하는 ASTM-D3359와 유사하였다. 특정 조성물, 조성물에 첨가되는 특정 공중합체 제형, 및 특정 기재에 따라, 시험은 상기에 언급된 크로스-해치 접착 시험 프로토콜에 따라 기재로부터 제거될 수 있는 코팅의 양을 기준으로, 대조군에 비해 5%로부터 100%까지 중 임의의 비율의 증가를 나타내었다.
(a) - 상이한 기재들의 시험
전술한 공중합체 에멀젼의 유익한 첨가 결과는 다양한 상이한 저 표면 에너지 기재에 걸쳐 입증되었다.
(a-1) 전술한 시험 절차에 따라, 수성 출판 그라비어 녹색 잉크를 코로나 처리된 HDPE 필름에 도포하였으며, 여기서 대조군 잉크에는 공중합체가 첨가되지 않았고, 본 발명에 따른 잉크에는 15 중량% 중합체 고형물-대-잉크 로딩 기준으로 A-C 5150이 첨가되었다. 도 1에 예시된 바와 같이, 상기에 언급된 크로스-해치 시험을 수행하였을 때, 대조군 잉크(좌측)는 90% 제거된 반면, 본 발명의 잉크 제형(우측)은 단지 45%만 제거되었다.
(a-2) 전술한 시험 절차에 따라, 수성 출판 그라비어 녹색 잉크를 코로나 처리된 HDPE 필름에 도포하였으며, 여기서 대조군 잉크에는 공중합체가 첨가되지 않았고, 본 발명에 따른 잉크에는 15 중량% 중합체 고형물-대-잉크 로딩 기준으로 A-C 5180이 첨가되었다. 도 2에 예시된 바와 같이, 상기에 언급된 크로스-해치 시험을 수행하였을 때, 대조군 잉크(좌측)는 90% 제거된 반면, 본 발명의 잉크 제형(우측)은 단지 15%만 제거되었다.
(a-3) 전술한 시험 절차에 따라, 수성 출판 그라비어 녹색 잉크를 코로나 처리된 폴리프로필렌 필름에 도포하였으며, 여기서 대조군 잉크에는 공중합체가 첨가되지 않았고, 본 발명에 따른 잉크에는 15 중량% 중합체 고형물-대-잉크 로딩 기준으로 A-C 5150이 첨가되었다. 도 3에 예시된 바와 같이, 상기에 언급된 크로스-해치 시험을 수행하였을 때, 대조군 잉크(좌측)는 95% 제거된 반면, 본 발명의 잉크 제형(우측)은 단지 80%만 제거되었다.
(a-4) 전술한 시험 절차에 따라, 수성 출판 그라비어 녹색 잉크를 코로나 처리된 폴리프로필렌 필름에 도포하였으며, 여기서 대조군 잉크에는 공중합체가 첨가되지 않았고, 본 발명에 따른 잉크에는 15 중량% 중합체 고형물-대-잉크 로딩 기준으로 A-C 5180이 첨가되었다. 도 4에 예시된 바와 같이, 상기에 언급된 크로스-해치 시험을 수행하였을 때, 대조군 잉크(좌측)는 95% 제거된 반면, 본 발명의 잉크 제형(우측)은 단지 50%만 제거되었다.
(a-5) 전술한 시험 절차에 따라, 수성 출판 그라비어 녹색 잉크를 코로나 처리된 PVC 필름에 도포하였으며, 여기서 대조군 잉크에는 공중합체가 첨가되지 않았고, 본 발명에 따른 잉크에는 15 중량% 중합체 고형물-대-잉크 로딩 기준으로 A-C 5150이 첨가되었다. 도 5에 예시된 바와 같이, 상기에 언급된 크로스-해치 시험을 수행하였을 때, 대조군 잉크(좌측)는 70% 제거된 반면, 본 발명의 잉크 제형(우측)은 단지 35%만 제거되었다.
(a-6) 전술한 시험 절차에 따라, 수성 출판 그라비어 녹색 잉크를 코로나 처리된 PVC 필름에 도포하였으며, 여기서 대조군 잉크에는 공중합체가 첨가되지 않았고, 본 발명에 따른 잉크에는 15 중량% 중합체 고형물-대-잉크 로딩 기준으로 A-C 5180이 첨가되었다. 도 6에 예시된 바와 같이, 상기에 언급된 크로스-해치 시험을 수행하였을 때, 대조군 잉크(좌측)는 70% 제거된 반면, 본 발명의 잉크 제형(우측)은 단지 10%만 제거되었다.
(b) - 상이한 공중합체 로딩 수준들의 시험
(b-1) 전술한 시험 절차에 따라, 수성 플렉소그래픽 적색 잉크를 코로나 처리되지 않은 폴리에스테르 필름에 도포하였으며, 여기서 대조군 잉크에는 공중합체가 첨가되지 않았고, 본 발명에 따른 잉크에는 2, 5, 10, 및 15 중량% 중합체 고형물-대-잉크 로딩 기준으로 A-C 5180이 첨가되었다. 상기에 언급된 크로스-해치 시험을 수행하였을 때, 대조군 잉크는 80% 제거된 반면, 본 발명의 잉크 제형은 단지 하기 백분율로만 제거되었다: 2% 로딩, 2% 제거됨; 5% 로딩, 15% 제거됨; 10% 로딩, 4% 제거됨; 15% 로딩, 2% 제거됨. 이들 결과의 예로서, 도 7은 대조군 잉크(좌측) 및 2% 로딩된 잉크(우측)를 나타낸다. 이들 결과는 도 8에 나타나 있는 그래프에 요약되어 있다.
(b-2) 전술한 시험 절차에 따라, 수성 플렉소그래픽 적색 잉크를 코로나 처리되지 않은 폴리에스테르 필름에 도포하였으며, 여기서 대조군 잉크에는 공중합체가 첨가되지 않았고, 본 발명에 따른 잉크에는 2, 5, 10, 및 15 중량% 중합체 고형물-대-잉크 로딩 기준으로 A-C 5150이 첨가되었다. 상기에 언급된 크로스-해치 시험을 수행하였을 때, 대조군 잉크는 70% 제거된 반면, 본 발명의 잉크 제형은 단지 하기 백분율로만 제거되었다: 2% 로딩, 2% 제거됨; 5% 로딩, 5% 제거됨; 10% 로딩, 5% 제거됨; 15% 로딩, 2% 제거됨. 이들 결과의 예로서, 도 9는 대조군 잉크(좌측) 및 2% 로딩된 잉크(우측)를 나타낸다. 이들 결과는 도 10에 나타나 있는 그래프에 요약되어 있다.
(b-3) 전술한 시험 절차에 따라, 수성 플렉소그래픽 적색 잉크를 코로나 처리되지 않은 폴리에스테르 필름에 도포하였으며, 여기서 대조군 잉크에는 공중합체가 첨가되지 않았고, 본 발명에 따른 잉크에는 2, 5, 10, 및 15 중량% 중합체 고형물-대-잉크 로딩 기준으로 A-C 597P가 첨가되었다. 상기에 언급된 크로스-해치 시험을 수행하였을 때, 대조군 잉크는 70% 제거된 반면, 본 발명의 잉크 제형은 단지 하기 백분율로만 제거되었다: 2% 로딩, 3% 제거됨; 5% 로딩, 16% 제거됨; 10% 로딩, 40% 제거됨; 15% 로딩, 10% 제거됨. 이들 결과의 예로서, 도 11은 대조군 잉크(좌측) 및 2% 로딩된 잉크(우측)를 나타낸다. 이들 결과는 도 12에 나타나 있는 그래프에 요약되어 있다.
이와 같이, 본 발명의 이점은 광범위한 기재에 걸쳐 그리고 다양한 수준의 공중합체 로딩을 사용하여 관찰되는 것으로 나타났다. 또한, 다양한 공중합체를 그러한 기재 상에서 그리고 그러한 수준에서 시험하였을 뿐만 아니라, 두 가지의 상이한 잉크를 시험하였음에 유의한다. 더욱이, 기재의 코로나 처리의 유무에 따른 이점이 입증되었다. 따라서, 상이한 기재, 상이한 공중합체, 상이한 잉크, 및 상이한 로딩 수준에 관한 것으로서 본 명세서의 개시 내용의 전체 범위에 걸쳐 유익한 결과가 상당히 예상될 것임이 포함될 수 있다.
따라서, 본 발명은 저 표면 에너지 기재에 대한 조성물의 접착성을 개선하기 위해 다양한 조성물에 첨가될 수 있는 공중합체 제형을 제공하였다. 적어도 하나의 예시적인 실시 형태가 본 발명의 요지의 전술한 상세한 설명에서 제시되었지만, 방대한 수의 변형이 존재함이 이해되어야 한다. 예시적인 실시 형태 또는 예시적인 실시 형태들은 단지 예일 뿐이며, 본 발명의 요지의 범위, 적용가능성, 또는 구성을 어떠한 방식으로든 제한하고자 하는 것이 아님이 또한 이해되어야 한다. 오히려, 전술한 상세한 설명은 당업자에게 본 발명의 요지의 예시적인 실시 형태를 구현하기 위한 편리한 지침(road map)을 제공할 것이다. 첨부된 청구범위에 기술된 바와 같은 본 발명의 요지의 범위로부터 벗어남이 없이 예시적인 실시 형태에 기술된 요소들의 기능 및 배열의 다양한 변경이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.

Claims (20)

  1. 저 표면 에너지 기재(substrate)에 도포하기 위한 수성 잉크 조성물로서, 상기 저 표면 에너지 기재는 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌으로부터 선택되는 열중합체 필름이고, 상기 수성 잉크 조성물은
    프로필렌/말레산 무수물 공중합체의 수중유 에멀젼으로 이루어지는 공중합체 제형을 상기 공중합체를 제외한 상기 수성 잉크 조성물의 총 중량과 비교하여 상기 공중합체 제형의 고형물 중량을 기준으로 1% 내지 30%의 양으로 포함하는, 수성 잉크 조성물.
  2. 저 표면 에너지 기재에 대한 수성 잉크 조성물의 접착성을 개선하는 방법으로서,
    상기 저 표면 에너지 기재는 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌으로부터 선택되는 열중합체 필름이고, 상기 방법은
    프로필렌/말레산 무수물 공중합체의 수중유 에멀젼으로 이루어지는 공중합체 제형을 상기 공중합체를 제외한 상기 수성 잉크 조성물의 총 중량과 비교하여 상기 공중합체 제형의 고형물 중량을 기준으로 1% 내지 30%의 양으로 상기 수성 잉크 조성물에 첨가하는 단계; 및
    상기 공중합체 제형이 첨가된 상기 수성 잉크 조성물을 상기 저 표면 에너지 기재에 도포하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  3. 수성 잉크 제형으로서,
    수성 잉크; 및
    프로필렌/말레산 무수물 공중합체의 수중유 에멀젼으로 이루어지는 공중합체 제형으로서, 상기 공중합체를 제외한 상기 수성 잉크 제형의 총 중량과 비교하여 상기 공중합체 제형의 고형물 중량을 기준으로 1% 내지 30%의 양의 공중합체 제형
    을 포함하는, 수성 잉크 제형.
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